国内量子通信技术从理论走向应用，或开启量子互联网时代

2016-07-19 16:14

近日，国内量子通信领域频频传来令人振奋的消息。先是中科院的量子卫星即将在本月发射，之后是全球第一条量子保密通信商用干线“沪杭干线”将于9月份建成并投入使用，比预期时间整整提前了一个月。
量子通信是指利用量子相干叠加、量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信技术。与传统通信技术相比，具有绝对的安全性。对于量子通信技术的研究从数年前就已开始，然而却极少应用到实际中。此次中国在实际应用中取得了重大进展为量子通信领域带来了哪些改变？对社会和大众又会产生何种影响呢？
一、理论不完善是量子通信技术长期难以应用的关键
量子通信是一种新型的交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。它主要涉及到量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。
对于现代社会来说，量子通信技术实用性较高。对于普通人来说，解锁、转账、密码登陆是人们几乎天天都要用到的。传统的技术一般都是RSA（公开密钥算法），简单来说就是密码越长就越安全。但是，不管多长，密码的长度仍旧有限。从理论上讲，只要计算机足够先进，任何有限长度的密码都可以被破解。
在当今时代，信息安全尤为重要。因此，探究一种无法破解的密码，对实现这一点来说意义重大。早在1917年就有人提出，如果能够实现“一次一密”的方式，就能够保证绝对的安全，而量子通信技术恰巧可以做到这一点。
量子通信是由量子物理演化而来的，而量子物理与密码学又是世界范围内公认的两门难度极高的学科。量子物理的微观规律远离人们的直觉，是最难以理解，最充满不确定性，又最颠覆三观的学科。原因在于，微观粒子表现出的某些特性是宏观世界无法重现也无法模拟的。
无论是经典力学还是相对论，都无法准确地解释微观粒子的现象。甚至某些现象匪夷所思，就像上帝掷出的骰子。科学家用了近100年的时间，始终无法实现量子力学与广义相对论的统一。
此外，经典通信有香农三大定理作为支撑，而量子通信目前只有信道编码部分进展的比较顺利。其他部分如量子信源编码，量子信道容量等理论的研究难度都不小，甚至超过了量子计算与量子算法的设计。
理论的不完善，成为了量子通信应用与实践的桎梏，这也就是为何量子通信理论出现数十年却无法被应用的原因。尽管理论还不完善，但却并不代表这门学科进入了死胡同，人们依然能够利用一些已被验证的量子理论，推动人类技术的进步。
量子通信技术就是其中的代表，量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全的特性，不但在国家安全、金融信息安全等领域有着重大的应用价值和前景，而且逐渐走进人们的日常生活。而在量子通信领域，我国可以说走在了世界的前端。
二、发射量子卫星建“沪杭干线”，中国在量子通信领域突破重大
本月，国内首颗量子实验通信卫星有望发射。如果能够成功，中国就将成为全球范围内首个实现卫星和地面之间量子通信的国家。9月，“沪杭干线”也将被建成并投入使用，我国在量子通信领域可谓“双喜临门”。
如果卫星能够发射成功，就将实现全球化的量子保密通信。而且量子卫星的发射只是一个开端，我国还将陆续发射多颗量子卫星，建设以1个空间量子隐形传态实验站和4个量子通信地面站为核心的空间量子科学实验系统，争取2030年左右在全球范围内率先建立广域量子保密通信网络。
9月即将建成的“沪杭干线”也是量子通信技术实际应用的重要体现。“沪杭干线”承建方、九州量子董事长郑韶辉认为，中国的量子通信产业化技术已走在世界前列。随着量子通信技术的进一步提高以及应用的多样化趋势，千亿级的市场规模也是可以期待的。
在量子通信领域，中国的科技团队可以说是遥遥领先。早在1997年，如今的中国科学技术大学院士潘建伟就与荷兰学者合作，首次实现了未知量子态的远程传输。
2006年，中国科技大学、美国洛斯阿拉莫斯实验室、维也纳大学以及慕尼黑大学各自实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验，打开了量子通信通往实际应用的大门。
中国量子卫星的发射以及“沪杭干线”即将建成，对这一领域及社会将产生一定的影响，对量子通信技术的实际应用也有着巨大的推动作用。
三、量子通信应用得以进步，信息安全得到进一步保障
对于通信来说，最重要的几点是效率、速度和安全性。在日常生活中，人们往往最先注重前两点。其实，安全性也同样重要。就算是日常最为简单的通话，也不希望被他人窃听。
目前的经典通信正朝着这三个方向发展，而量子通信与经典通信相比，在安全性方面有着绝对的优势。传统的加密方法在所有节点加密解密的方式在量子计算机面前都没有安全性可言，经典加密方法无法为未来提供安全通信手段，而量子通信能够做到这一点。
虽然量子通信有诸多优势，但许多人认为此类项目噱头大于实际的干货，甚至是在骗取科研经费，产生这种观点的主要原因在于大众迟迟见不到量子通信如经典通信的4G、5G般成功实现商用。
当下，中国在量子通信领域取得的一系列实际进展能够使这些问题很好地得以解决。在综合考虑成本、需求等各项因素的基础上，我国的量子设备目前的定价能够为市场所接受。随着技术的进一步提高和应用的多样化，量子通信技术在政务、金融等方面能够发挥更大的作用，也能逐渐深入到消费级市场。
量子通信网络的建成，可以在物理层面上消除硬件泄密的可能性，使安全问题得到保障，因此远程会议能够成为政务和企业的一个不错的选择。另外，量子通信也能用于日常金融数据的交换。
斯诺登曾经透露美国正在研发量子计算机，一旦这种研究取得了实质性进展，经典密码就会被秒成渣，分分钟被破解。如果我国没有一种更加强大的加密技术，在国家安全问题上就容易吃亏。因此，量子通信在我国的应用，意味着更不易被破解的通信方式产生，对国家安全和金融科技安全有重要意义。
从量子通信技术出现起，对于这项技术的关注和质疑就从未减少过。量子通信卫星的发射和“沪杭干线”的建设，意味着中国当前在量子通信领域的实际应用中取得了重大的突破。不仅有利于为大众提供快捷、安全的通讯方式，还能够推动国家信息安全更上一层楼。这也预示着量子通信技术可能会更加成熟，实现产业化和普及化，使人类迈进“量子互联网时代”。
本文版权归“最极客”所有

共有评论0条