幹貨：量子通信六問

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如何評判全球首顆量子衛星“墨子号”成功發射升空？

      顯而易見的是，中國在量子通信領域的探索一舉走在世界前沿，成為首個實作星地間量子通信的國家；這項技術未來也将有望改寫人類的通信方式，尤其是在通信安全方面将有革命性突破，對資訊社會意義重大。

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      但最重要的一點是，随着量子計算的快速發展，傳統保密方式逐漸從“一堵牆”變成了“一張紙”，未來有可能被輕易“捅破”，這對量子通信的發展提出了新的需求。

      量子通信作為一個新興的産業，将成為通信行業不可忽略的一個方向。不過，量子通信技術融合到大衆日常消費的産品中去可能還需要很長一段時間，而最先突破的一定是對于資訊安全最敏感的一些領域，包括國防軍工、金融等行業。

       下一步将實作對量子通信關鍵技術的突破

2“墨子号”的成功發射對中國的量子科學來說意味着什麼？

      此次“墨子号”量子衛星的成功發射，應該可以說是中國在量子通信領域實作對歐美國家的一次彎道超車，意義十分重大。

　　

      從通信方式的角度看，量子衛星旨在探索星地之間的量子通信，範圍可覆寫國與國，甚至是大洲與大洲之間的長距離、大範圍的量子通信。第二個層次是城市間的量子通信，也就是國家正在實施的“京滬幹線”和“滬杭幹線”；第三個層次則是城市内部的拓展應用。是以，可以看出，我國未來的量子通信的探索路徑應是依靠“墨子号”量子衛星，多層次推進，站位較高，系統性強。

      中國量子衛星已發射升空，并且地面的光纖量子通信網絡也在鋪設當中，那麼中國量子通信下一步的關鍵是什麼？

從技術上看，“墨子号”的主要功能是進行密鑰分發，準确地說是利用光量子态對經典資訊進行加密，這隻是第一步。量子通信的真正實作，下一步是需要對長距離量子隐态傳送以及量子中繼的通訊協定的進一步突破。

      通俗來說，就是直接利用量子比特對資訊進行傳輸。這也是量子通信的一項基礎、關鍵的技術，對于未來更為複雜的包含量子中繼系統的量子通訊網絡來說不可缺少。

3從量子科學的角度來看，國内外的研究分别是什麼情況？

      量子科學分為量子通訊和量子計算兩大方向。分别來看，此次“墨子号”量子衛星的發射，表明中國在量子通信上處于國際前沿，或者也可以說中國在“量子航天”這輪競賽中處于領先位置。

      國外方面，除日本外，歐盟曾啟動一個較大項目，一共有26個國家參與，但是一直停滞不前；美國政府一直非常支援量子通信研發，但他們的研究進展隐藏得比較好，不過從一些會議上可以看出進展還是比較快。

      國内方面，中國科技大學、南京大學等高校科研院所也在加大探索力度，包括緻力于在多光子幹涉系統、光學器件內建化和晶片化等方面的科研。

      值得注意的是，相比量子通信，中國的量子計算卻略顯不足。事實上，量子通信和量子計算相輔相成，互有聯系，是以建議國家應在加大量子通信科研的同時，也應該重視量子計算，兩方面都應側重。

4如何了解量子通信和量子計算的内在關系？

      二者的一個邏輯聯系點在于資訊安全。首先，經典保密通信所使用的是RSA公鑰密碼，其安全性是建立在現有計算技術難以攻克的基礎上，因為就現有計算機的性能，破解難度很大。但未來一旦出現量子計算機，那将猶如一把最鋒利的矛，将傳統的保密方式一捅而破。

      屆時，一個原本需要上萬年才能破解的密碼，使用量子計算機幾分鐘就可以破解，這将極大挑戰包括銀行密碼在内的社會資訊安全。

      事實上，人工智能的發展、日漸頻繁的黑客攻擊也早已使得人們對資訊安全更加重視，迫切尋求一種更為安全的通信方式。量子通信正是在此背景下獲得全球範圍内的重視。它就是能夠構築一個堅硬的盾，以確定資訊安全。

      這也正是量子通信的重要意義所在。也可以這麼說，量子通信和量子計算就是“一矛一盾”，圍繞資訊安全，彼此的争鬥未來将持續下去。

5量子通信真的是絕對安全嗎？

      從原理上看，量子通信确實可以徹底解決資訊安全問題，這在實體學原理和數學上都早已經過嚴格證明。

      不過，想要了解量子通信的安全性，首先需要了解兩個問題。

      第一，為什麼量子力學可以幫助我們對資訊進行加密？量子力學有兩個基本性質，首先是量子态，光子的量子态有一個奇異的特性，就叫疊加性。“薛定谔的貓”說的是在量子的世界裡，這隻貓是處在既是生又是死的生死邊緣狀态。其次是量子态的不可克隆性，指的是沒有辦法把量子态複制出來。因為具備這兩種特性，我們就能夠對資訊進行密鑰加密。

      第二，為什麼可以利用這種兩種特性進行加密？首先，我們可以利用疊加态對光子不同階進行資訊編碼；其次，量子的不可克隆性保證資訊的安全性，而且還可以通過收發端的一些機制探測駭客的存在，進而進一步避免資訊外露。

6資本早已表現出對量子通信的濃厚興趣，這應如何看待？

      首先，大部分通信企業以及網絡企業未來會慢慢涉足這個領域。事實上，現在也早就已經開始，比如谷歌、微軟和IBM等國外IT巨頭，以及國内的阿裡巴巴、華為等都已經開始涉足。其中，華為已建立量子通信研究所。

      是以，量子通信作為一個新興的産業，将成為通信行業不可忽略的一個方向。不過，如果說要将量子通信技術融合到大衆日常消費的産品中去，這還需要很長一段時間，可能難免會有一系列現實問題需要解決。

      其次，“墨子号”量子衛星的升空，事實上提供了一個重要的獨特的試驗平台。量子科學是一個不可思議的領域，而未來借助這一平台，中國的量子科學以及相關的學科将能得到更新更高的拓展，比如精密測量，這就将産生不可限量的科學研究方向和成果，也将孕育相應的商業機會。

原文釋出時間為：2017-12-11

本文作者：楊義先

本文來源：

九州量子

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