中國量子通信商業(yè)化時代到來

5月3日，世界首臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)在中國誕生。 新華社記者 金立旺攝

“墨子號”與阿里量子隱形傳態(tài)實驗平臺建立天地鏈路。 新華社記者 金立旺攝

登上美國《科學(xué)》雜志封面的“墨子號”。 新華社記者 金立旺攝

在中國科大量子存儲實驗室內(nèi)，潘建偉在了解科研情況。 張大崗攝（新華社發(fā)）

　　30歲成為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)最年輕的教授，兩年后又獲得歐洲物理學(xué)會為量子光學(xué)領(lǐng)域青年科學(xué)家設(shè)立的最高榮譽——菲涅爾獎。陳宇翱的成長速度實際上折射的是中國量子研究的進(jìn)展速度。“中國的量子通信技術(shù)已全面領(lǐng)先于世界。”在接受本報采訪時，陳宇翱說，“并且，中國量子通信商業(yè)化處于快速發(fā)展階段。”

　　近日，中國量子通信商業(yè)化迎來一個節(jié)點意義的事件：國內(nèi)首個商用量子通信專網(wǎng)——山東濟(jì)南黨政機(jī)關(guān)量子通信專網(wǎng)完成測試，保密性、安全性、成碼率的測試均達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，整套網(wǎng)絡(luò)預(yù)計今年8月底正式投入使用。并且，該網(wǎng)將接入世界第一條量子通信保密干線——“京滬干線”。

　　１“量子通信走進(jìn)千家萬戶”

　　7月上旬，中國科學(xué)院院士潘建偉帶領(lǐng)團(tuán)隊在超冷分子和超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，又解決了一個“世界難題”，再次讓世界矚目。

　　而在21年前，在奧地利維也納大學(xué)讀書時，導(dǎo)師問：“你的夢想是什么？”26歲的潘建偉回答說：“我要在中國建一個世界一流的量子物理實驗室。”21年間，他不僅在中國建成了世界級的量子物理實驗室，更主持建設(shè)了世界上第一條量子保密通信干線——“京滬干線”。

　　“京滬干線”使用了世界最前沿量子加密技術(shù)。這一量子保密通信干線從北京出發(fā)，途經(jīng)濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海，全長2000多公里，是廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　擔(dān)任“京滬干線”項目工程總師的正是潘建偉的學(xué)生陳宇翱。陳宇翱介紹說，“京滬干線”在2016年就已全線貫通，目前正在做一些穩(wěn)定性測試，已經(jīng)有多家銀行參與測試。“京滬干線”不僅承載了關(guān)鍵技術(shù)的研究部分，未來還將作為一個實用化的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為沿線城市間的政府及國家安全部門、金融機(jī)構(gòu)提供高速、高安全等級的信息傳輸保障。

　　“京滬干線”何時開通？目前官方并未公布具體日期。但陳宇翱認(rèn)為，“‘京滬干線’的開通將會是量子時代到來的一個標(biāo)志性節(jié)點，是量子通信技術(shù)走進(jìn)千家萬戶的第一座里程碑。”

　　據(jù)了解，近日完成測試的濟(jì)南商用量子通信專網(wǎng)，最快可能于年底接入“京滬干線”之中。濟(jì)南黨政機(jī)關(guān)量子通信專網(wǎng)自今年5月開始測試以來，完成了50多個項目的測試。目前，濟(jì)南城區(qū)8個主要位置已被量子通信專網(wǎng)覆蓋，區(qū)域內(nèi)所有用戶之間的通信實現(xiàn)了每秒產(chǎn)生4000多個密鑰的數(shù)據(jù)加密保護(hù)。

　　除了濟(jì)南專網(wǎng)外，目前，“京滬干線”的拓展工程正在進(jìn)行中。 從武漢到合肥的“武合干線”融入了更新的技術(shù)成果，預(yù)計于年底建成；安徽宿州等京滬干線周邊城市也開始建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　“其實，中國不只是建設(shè)‘京滬干線’這一條線，而是‘多橫多縱’、全面布局。”陳宇翱說，今后還會通過衛(wèi)星連接境外，組建一個“天地一體化”的全球性廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　２“不用擔(dān)心信息泄露了”

　　“現(xiàn)在完全不用擔(dān)心信息泄露了。”濟(jì)南市科技局的一位工作人員說，“我們在對一些機(jī)密信息進(jìn)行傳輸時，已經(jīng)使用了量子通信技術(shù)。”目前，一些銀行系統(tǒng)在客戶的征信信息、個人用戶信息的傳輸上也會借助量子通信技術(shù)。

　　量子通信真的能確保“天知地知、你知我知”嗎？與今天使用的光纖網(wǎng)絡(luò)不同，量子通信是一種無條件安全的通信方式。光纖網(wǎng)絡(luò)有幾億個光子、幾億個電子，人們總是可以把它分出一點點來竊聽它的狀態(tài)。而量子是一個最小的單位，無法對其進(jìn)行分割，若是用單個光子來做信息傳輸，那么就沒有人可以從中分出一點去竊聽。而且，量子也不可以被復(fù)制，因為任何觀測、復(fù)制都會不可避免地影響到物理狀態(tài)。正是這樣一些基本的量子物理原理，確保了量子通信中的信息安全。

　　與很多科技發(fā)展一樣，量子通信的發(fā)展也離不開市場的牽引。除了濟(jì)南量子通信專網(wǎng)實現(xiàn)商用外，中國銀監(jiān)會、中國工商銀行、中國交通銀行、北京農(nóng)商銀行、阿里云等已經(jīng)通過2016年底貫通的“京滬干線”進(jìn)行了實際業(yè)務(wù)的安全傳輸應(yīng)用驗證。另外，正在建設(shè)尚未落成的安徽省政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、武漢城域網(wǎng)、武合干線等建成后也是定位在商用網(wǎng)絡(luò)。

　　科大國盾量子技術(shù)股份有限公司總裁趙勇向本報表示，“目前中國的量子通信處于從技術(shù)驗證和應(yīng)用示范到商用化的過渡期。與其他國家相比，中國的量子通信商用化有技術(shù)成熟度高，用戶多樣化、規(guī)模化的特點。”

　　在接受本報采訪時，阿里巴巴集團(tuán)首席通信科學(xué)家謝崇進(jìn)表示，目前量子通信商業(yè)化主要集中在金融領(lǐng)域，因為金融行業(yè)對數(shù)據(jù)的安全性要求是非常高的。今年3月網(wǎng)商銀行已經(jīng)通過阿里云使用到了云上量子通信加密服務(wù)。

　　趙勇認(rèn)為，量子通信的商業(yè)化，一方面代表著中國在革命性高新技術(shù)的研發(fā)和轉(zhuǎn)化上取得了突破性的進(jìn)展；另一方面也為中國構(gòu)建新型的信息安全體系、實現(xiàn)國家安全戰(zhàn)略提供了得力的工具和有力的支撐。

　　謝崇進(jìn)表示，量子通信的商業(yè)化前景廣闊，但也有需要克服的難題。比如標(biāo)準(zhǔn)化問題，包括量子通信設(shè)備安全測試、認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)化。安全性由誰去認(rèn)證？用什么來認(rèn)證？如何進(jìn)行測試？此外還要解決提高部署速度、降低應(yīng)用成本等問題。

　　３“中國已發(fā)展為世界勁旅”

　　在量子技術(shù)方面，一場全球性的賽跑正在進(jìn)行。

　　美國率先起跑，最先將量子技術(shù)列入國家戰(zhàn)略、國防戰(zhàn)略、國防和安全研發(fā)計劃。相比其他國家，美國在量子技術(shù)方面比較注重量子計算機(jī)的硬件，上世紀(jì)末就由加州理工大學(xué)、麻省理工學(xué)院和南加州大學(xué)聯(lián)合成立了量子信息與計算研究所。

　　歐洲與日本也不甘落后。歐洲較早意識到量子信息處理和量子通信技術(shù)的巨大潛力，從上世紀(jì)90年代歐盟第五研發(fā)框架計劃開始，就持續(xù)對歐洲乃至全球的量子通信研究給予重點支持。而日本每年投入2億美元，規(guī)劃在5到10年內(nèi)建成全國性的高速量子通信網(wǎng)。為在新一輪量子革命中處于技術(shù)制高點，歐盟委員會于2016年發(fā)布了《量子宣言》，稱將在2018年啟動一項10億歐元的量子技術(shù)旗艦計劃。日本也提出了以新一代量子通信技術(shù)為對象的長期研究戰(zhàn)略，并計劃在2020—2030年建成絕對安全保密的高速量子通信網(wǎng)。

　　國際上普遍認(rèn)為，量子技術(shù)是下一次技術(shù)革命的驅(qū)動力。中國在量子通信技術(shù)與量子通信產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域目前處于全面領(lǐng)先的地位。英國《自然》雜志撰文稱，“中國在量子通信領(lǐng)域已發(fā)展為世界勁旅，領(lǐng)先北美、歐洲和日本。”

　　2016年8月16日，中國成功發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，率先在國際上實現(xiàn)高速星地量子通信。“墨子號”的發(fā)射，使得中國率先實現(xiàn)了“千公里級”的星地雙向量子糾纏分發(fā)，打破了此前國際上保持多年的“百公里級”紀(jì)錄。這也為連接地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實驗體系打下基礎(chǔ)。

　　2017年6月，科技部聯(lián)合教育部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金共同制定了《“十三五”國家基礎(chǔ)研究專項規(guī)劃》，著眼于更長遠(yuǎn)的國家重大戰(zhàn)略需求，提出在“十三五”期間，將量子通信與量子計算機(jī)列入重大科技項目。“中國政府對量子信息的發(fā)展支持力度非常大。”謝崇進(jìn)說。

　　“沒有信息安全，就沒有國家安全。”潘建偉表示，在信息安全的傳統(tǒng)領(lǐng)域，中國一直落后，長期受制于人，而目前在最尖端、最前沿的量子科學(xué)領(lǐng)域，中國終于擺脫了跟跑者的形象，成為領(lǐng)跑者。從“墨子號”衛(wèi)星的發(fā)射，到“京滬干線”的貫通，中國一路領(lǐng)先。“歐盟、美國也開始布置和我們相近的相關(guān)專項。我們能不能保持這樣領(lǐng)先的優(yōu)勢，就看今后我們自己是否努力。”談到中國量子通信的未來，潘建偉如是說。

(責(zé)編：王吉全、白宇)