我國(guó)預(yù)計(jì)2030年建成量子通信網(wǎng) 每家一個(gè)“密鑰機(jī)”

　　ICCSZ訊    8月16日凌晨，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”。

　　中國(guó)在量子科學(xué)領(lǐng)域的這一“領(lǐng)跑動(dòng)作”引發(fā)了全世界的關(guān)注，因?yàn)檫@不僅標(biāo)志我國(guó)空間科學(xué)研究又邁出重要一步，更有媒體預(yù)測(cè)，伴隨著量子信息技術(shù)逐漸走向?qū)嵱没?，其衍生出?A href="http://m.3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e9%87%8f%e5%ad%90%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">量子通信技術(shù)，被譽(yù)為是繼微電子信息之后，最有可能引發(fā)軍事、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)領(lǐng)域又一次重大革命的關(guān)鍵技術(shù)，將催生量子通信的千億市場(chǎng)，引發(fā)世界新一輪的通信技術(shù)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)。

　　2030年建成量子通信網(wǎng)絡(luò) 每戶配一個(gè)密鑰機(jī)

　　據(jù)中科院院士、清華大學(xué)原子分子納米科學(xué)研究中心主任李家明介紹，量子通信的好處在于保密性強(qiáng)、安全性高。“在量子通信網(wǎng)絡(luò)下，如果有人設(shè)法竊取你的私人通訊，你會(huì)立刻察覺到，這樣就可以啟動(dòng)相應(yīng)的措施保護(hù)個(gè)人的隱私和安全。而在現(xiàn)有的通信技術(shù)手段下，這是無(wú)法做到的。”

　　正因于此，量子通信的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為包括歐盟、美國(guó)、日本和中國(guó)在內(nèi)的各個(gè)大國(guó)爭(zhēng)相追逐的目標(biāo)。

　　據(jù)了解，隨著首顆量子衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)成功，我國(guó)還將會(huì)陸續(xù)發(fā)射后續(xù)衛(wèi)星，并結(jié)合未來的空間站項(xiàng)目，開展相關(guān)研究，驗(yàn)證星間、全天時(shí)量子通信的可行性。

　　“按照規(guī)劃，到2020年，中國(guó)將實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā);到2030年左右，中國(guó)將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。”潘建偉表示。

　　量子通信網(wǎng)絡(luò)究竟會(huì)給人類生活帶來哪些改變?中國(guó)科學(xué)院的一本有關(guān)量子衛(wèi)星的科普手冊(cè)中寫道：如果一個(gè)覆蓋全國(guó)甚至是全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，并且隨著應(yīng)用深入，成本逐漸降低，普通民眾就能廣泛享受量子通信帶來的巨大便利。

　　比如，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用普及，可以通過入戶光纖給每家每戶配一個(gè)量子密鑰機(jī)，人們擁有“量子密鑰”手機(jī)的夢(mèng)想就可變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　一旦有人試圖竊取量子密鑰，使用者就會(huì)知曉，結(jié)合經(jīng)典加密方式就能保證通信的絕對(duì)安全。

　　中國(guó)領(lǐng)跑量子太空競(jìng)賽 有賴于“大科學(xué)”建設(shè)

　　在全球的量子通信競(jìng)賽中，中國(guó)雖然并不是起步最早的，但是在量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉等人不懈努力下，目前中國(guó)在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，并成為首個(gè)將自主研發(fā)的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星送入太空的國(guó)家。

　　事實(shí)上，早在數(shù)年前，星地量子通信的中國(guó)夢(mèng)想就已經(jīng)引發(fā)了世界的關(guān)注。 2012年8月9日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志以封面標(biāo)題形式發(fā)表了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉團(tuán)隊(duì)的研究成果：他們?cè)趪?guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了百公里量級(jí)的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。

　　這一成果不僅刷新世界紀(jì)錄，有望成為遠(yuǎn)距離量子通信的“里程碑”，而且為發(fā)射全球首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點(diǎn)”。

　　中科院院士、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員于淥在接受采訪時(shí)表示， 量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功結(jié)合下半年建成的“京滬干線”，我國(guó)將初步構(gòu)建一個(gè)廣域量子通信體系，這會(huì)解決很多實(shí)際的問題，并且為全球性的量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建打下基礎(chǔ)，這將是一個(gè)新的突破。

　　于淥提到的“京滬干線”是由潘建偉團(tuán)隊(duì)牽頭承擔(dān)的世界上第一條遠(yuǎn)距離量子通信保密干線，將于今年下半年開通。“一個(gè)天地一體的全球化量子通信基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建成功后，能為未來的互聯(lián)網(wǎng)提供基于量子通信技術(shù)的安全保障，形成完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國(guó)家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)。”潘建偉解釋說。

　　潘建偉認(rèn)為，能夠領(lǐng)跑國(guó)際量子太空競(jìng)賽，有賴于中國(guó)“大科學(xué)”項(xiàng)目建設(shè)的高效性。“實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星量子通信一直是國(guó)際上科技強(qiáng)國(guó)競(jìng)相追逐的目標(biāo)。比如，量子信息實(shí)驗(yàn)研究的先驅(qū)者、著名物理學(xué)家AntonZeilinger 研究組以及歐洲眾多的優(yōu)秀研究團(tuán)隊(duì)一直在與歐洲空間局商討建立以國(guó)際空間站為平臺(tái)的星地量子通信計(jì)劃。然而，歐空局緩慢的決策機(jī)制使得這一計(jì)劃一再拖延。”

　　而在我國(guó)，一方面，國(guó)家的高強(qiáng)度支持使得包括我們團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)快速推進(jìn)量子信息研究的發(fā)展;另一方面，在衛(wèi)星量子通信方向上出現(xiàn)重大突破跡象時(shí)，中科院快速作出前瞻性決策，得以在國(guó)際上率先啟動(dòng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。

　　“在國(guó)家的高強(qiáng)度支持下，我國(guó)形成了很強(qiáng)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)儲(chǔ)備，培育了一批優(yōu)秀的研究團(tuán)隊(duì)，在量子通信、量子計(jì)算等研究方向上產(chǎn)生了一批具有重要國(guó)際影響的研究成果。”

　　在潘建偉看來，中國(guó)給予“量子研究”的大力支持是其他國(guó)家無(wú)法比擬的：2000年以來中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，國(guó)家對(duì)科研經(jīng)費(fèi)的投入不斷加強(qiáng)，成為科研創(chuàng)新的黃金時(shí)期。我國(guó)政府也高度重視量子信息領(lǐng)域的發(fā)展，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》就將“量子調(diào)控研究”列入科技部四項(xiàng)“重大科學(xué)研究計(jì)劃”之一，中科院、科技部、基金委等科研主管部門對(duì)量子信息領(lǐng)域持續(xù)進(jìn)行著前瞻性、戰(zhàn)略性布局。

　　潘建偉：盼有生之年目睹量子互聯(lián)網(wǎng)的誕生

　　據(jù)了解，此次成功發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星是我國(guó)自主研發(fā)的星地量子通信設(shè)備，突破了一系列高精尖技術(shù)，包括“針尖對(duì)麥芒”的星地光路對(duì)準(zhǔn)，偏振態(tài)保持與星地基矢校正，量子光源載荷等關(guān)鍵技術(shù)。

　　潘建偉指出，它的成功研制，不僅是中國(guó)量子保密通信領(lǐng)域“殺手锏”技術(shù)研發(fā)的重大突破，實(shí)現(xiàn)了從跟隨創(chuàng)新到引領(lǐng)創(chuàng)新、從集成創(chuàng)新到原始創(chuàng)新的跨越，同時(shí)也是世界量子通信技術(shù)的重要?jiǎng)?chuàng)新，它有望使人類科技發(fā)展史上“最安全的通信手段”具備覆蓋全球的能力。

　　“量子是人類對(duì)自然界的能量最小單位，量子信息研究集多學(xué)科于一體，要想取得突破，必須擁有不同學(xué)科背景的人才。”回憶起剛回國(guó)建立實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，潘建偉表示，當(dāng)時(shí)無(wú)論是研究水平還是人才儲(chǔ)備方面，國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)都很薄弱。

　　“因此我們?cè)诟鲊?guó)間奔波，與國(guó)際先進(jìn)小組保持密切的合作，不斷地取長(zhǎng)補(bǔ)短，這是讓團(tuán)隊(duì)得以快速發(fā)展壯大的‘秘方’。潘建偉說，多年來，團(tuán)隊(duì)還一直有針對(duì)性地選送學(xué)生出國(guó)留學(xué)，把他們送到量子信息研究的優(yōu)秀國(guó)際小組加以鍛煉。“近年來，這些年輕人悉數(shù)回國(guó)，使得我們的量子研究團(tuán)隊(duì)得到空前壯大，形成了一支特色鮮明、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的年輕研究隊(duì)伍。”

　　談到衛(wèi)星研制過程中遇到的困難，潘建偉說，各個(gè)載荷系統(tǒng)都遇到了很多難題，難以說哪個(gè)最大。一個(gè)具有代表性的難題是市面上現(xiàn)有的單光子探測(cè)器都無(wú)法滿足空間的高輻射環(huán)境要求。因?yàn)橛钪嫔渚€會(huì)對(duì)探測(cè)器的半導(dǎo)體晶格造成損傷，增加晶格缺陷，隨著晶格中缺陷的增多，器件性能出現(xiàn)急劇衰減。

　　“我們團(tuán)隊(duì)先從基本物理特性入手，在載荷資源和器件本身特性最大允許范圍內(nèi)，提出了通過降低單光子探測(cè)器工作溫度、增加探測(cè)器屏蔽厚度等技術(shù)可以解決該問題。隨后實(shí)驗(yàn)上經(jīng)過艱苦攻關(guān)，通過歐洲質(zhì)子加速器輻照測(cè)試，發(fā)現(xiàn)降低單光子探測(cè)器工作溫度和增加探測(cè)器屏蔽厚度的技術(shù)可以有效增加單光子探測(cè)器在軌工作壽命。”

　　“對(duì)于我們團(tuán)隊(duì)來說，衛(wèi)星的發(fā)射并不代表我們的努力就到此為止。”潘建偉表示，隨著中國(guó)科技的迅猛發(fā)展，他相信量子通信將在不到10年的時(shí)間里輻射千家萬(wàn)戶。

　　“期盼在我有生之年，能親眼目睹以量子計(jì)算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯(lián)網(wǎng)的誕生。我相信中國(guó)科學(xué)家們做得到。”