關于量子通信的三個核心問題

周琳

中國成功發(fā)射世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，引發(fā)廣泛關注。如何看待量子通信的現(xiàn)狀、未來以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，量子衛(wèi)星首席科學家潘建偉院士作了解讀。

8月16日，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射升空。理論意義上不懼怕任何監(jiān)聽的量子通信，在刷屏同時，是否真正能做到絕對安全、是不是被歐美科研拋棄的質(zhì)疑，一直不絕于耳。資本市場的熱捧，更是讓不少量子概念“一擁而上”。

從對撞機建否的觀點碰撞，到對量子通信的質(zhì)疑，科學歡迎爭鳴、卻也分真假。9月20日，中國科學技術大學常務副校長、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心主任潘建偉院士在上海參加“對話張江”活動時，對量子通信的一些問題作了解讀。

關于安全：抗干擾能力如何？是否夠穩(wěn)定？

量子衛(wèi)星上天后，網(wǎng)絡上有文章質(zhì)疑表示，這是不是歐美不玩的領域？如果是歐美都做不好的，我們能做好嗎？針對在量子通信領域的國際競爭格局，潘建偉表示，中國正在領跑，歐美也在加緊布局。

例如近期，美國國家科學技術委員會（NSTC）發(fā)布題為《發(fā)展量子信息科學：國家的挑戰(zhàn)與機遇》的報告。今年5月，歐盟委員會在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的歐洲量子會議上宣布，計劃啟動10億歐元量子技術旗艦計劃。

“過去我們的科研跟跑的年數(shù)太久了，很多人甚至認為好的東西都得跟在歐美后面才合理，這種感受很不好。這就是我們?nèi)∶犹柕脑?。”潘建偉說，墨子最早用實驗證明光沿著直線傳播，提出粒子概念和牛頓慣性定律的雛形，因此被稱為“科圣”。“我們想用名字提醒大家，中國人也可以做很好的科學。從前有、現(xiàn)在有，將來會有更多?！?/p>

對于量子通信的安全性，網(wǎng)絡上有質(zhì)疑聲音認為，如果說當一段密碼信息被竊聽，就會改變量子的狀態(tài)而暴露竊聽行為，這一段密碼會被廢棄；那么，如果這種竊聽行為一直存在，密碼一直廢棄，是不是意味著密鑰永遠無法傳輸，絕對安全其實犧牲了傳輸?shù)姆€(wěn)定性？

面對這一質(zhì)疑，潘建偉回應表示，上述描述的狀態(tài)，是對通信的過程造成干擾。如果干擾一直在進行，其他的通信模式同樣無法繼續(xù)。無論是量子通信，還是傳統(tǒng)通信，如果想要其無法進行，進行干擾的成本是一樣的。

“傳統(tǒng)通信的抗干擾能力并不比量子通信強，只不過平時別人不想干擾你，恨不得你一直在說，以竊取更多的信息?！迸私▊フf，舉例來說，如果有竊聽者控制了整個網(wǎng)絡，無論是經(jīng)典通信、量子通信，都無法繼續(xù)進行。

事實上，不少人也擔心，現(xiàn)在的量子通信只是密鑰通過量子加密的，其他信息還是經(jīng)典通信，能實現(xiàn)絕對安全嗎？

潘建偉表示，已有無數(shù)實驗證明了量子糾纏態(tài)的原理。兩顆處于糾纏態(tài)的粒子，如果對其中一個進行測量，實驗數(shù)據(jù)中100KM外的另一個粒子也會發(fā)生相應塌縮。“或許我們現(xiàn)在還不明白為什么會產(chǎn)生塌縮，但這并不妨礙以此為基礎進行有用的嘗試?！?/p>

量子加密傳輸就是嘗試之一。潘建偉介紹，平時的電話、郵件等溝通，經(jīng)典通信已經(jīng)能做到很好，只需要將密碼通過量子加密完成，解決安全問題即可，無需將多種大容量的信息都進行量子傳輸。

關于未來：“墨子號”衛(wèi)星是一錘子買賣嗎？

對于量子衛(wèi)星的未來規(guī)劃，潘建偉希望，五年內(nèi)衛(wèi)星全天時“通信”，盡快形成“星群”完成廣域傳輸。

原定于7月就擇機發(fā)射的“墨子號”最終選擇了8月中旬正式升空，推遲了近1個月的原因一直被猜測。潘建偉介紹，發(fā)射前忽然發(fā)現(xiàn)激光器能量快速下降，如果盲目發(fā)射，“墨子號”就可能成為一個“瞎子”，無法完成高空到地面的光束對準?！安贿^發(fā)射月余至今，墨子號所有在軌測試都是很良好的，我們對于完成后續(xù)實驗很有信心?！?/p>

看似2011年立項、2016年發(fā)射的量子衛(wèi)星只走過了五年時光，事實上來自多領域的技術團隊為其儲備了20年的時間，用上了看家本領。潘建偉認為，這并非一家、一人的成果。

例如，中科院上海技術物理研究所、中科院成都光電所提供的光學跟秒技術；中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院為衛(wèi)星解決穩(wěn)定性問題等。潘建偉介紹，自己的技術團隊主要負責的是從光束釋放的萬萬億光子中，過濾掉太陽光，找出一個個光子并加載信息，“就要比大海撈針還要精確”。

但是，未來想要實現(xiàn)廣域的量子通信，一顆衛(wèi)星還遠遠不夠。“墨子號”如同一個探路者，承擔著探索和研究等多重任務?！捌┤缯f，一顆衛(wèi)星從軌道上每天經(jīng)過上海大概只有一軌，也就只有幾百秒，每秒鐘可以送1萬個密鑰，幾百秒可以送幾百萬密鑰的信息。而有這么多用戶，還遠遠不夠?！迸私▊フf。

潘建偉表示，希望能再通過五年時間，有至少兩顆衛(wèi)星都可以在白天做實驗，解決衛(wèi)星與衛(wèi)星之間通訊全天時的問題。再通過十年左右的努力，形成“星群”，與地面的臺站結(jié)合，逐步構(gòu)建起天地一體的量子通信廣域傳輸網(wǎng)絡。

關于產(chǎn)業(yè)化：受資本市場追捧好不好？

對于量子衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)化，潘建偉表示，要穩(wěn)步推進，不能讓一些李鬼把概念亂用。

“墨子號”升空后，量子通信成為科學界絕對的“網(wǎng)紅”，也成為資本市場追捧的方向。根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前資本市場的量子概念股就不下十家。在電商平臺上搜索，還有不少“量子弱磁場檢測儀”等產(chǎn)品，甚至還滋生出“量子醫(yī)學”的概念。

“量子通信的概念炒得過熱，我有些擔心，這并不是科學的態(tài)度”。潘建偉說，一方面民眾對科學概念的崇尚產(chǎn)生出崇拜感，而另一方面科普宣傳做得還不夠，不少商家就用“概念”包裝，欺騙民眾。

潘建偉舉例說，前一陣子還有親戚說，掛了一個量子掛墜在胸前，它每天能輻射出一些東西，可以防癌；前陣子還有人說用“量子波”打到油桃上面，這個油桃長出來就會對身體特別好。“聯(lián)想到當年有人炒作所謂的‘納米水，讓人哭笑不得?！?/p>

專家指出，量子技術的前景應用非常好，但真正應用到百姓生活起碼還要10到15年。由于成本高等因素，目前量子通信的用戶主要還是政府、軍方、金融機構(gòu)、大型企業(yè)等。潘建偉表示，如果光纖鋪到千家萬戶且都改造了設備，在手機上增加量子傳輸密鑰的芯片，15年后進入千家萬戶也并非不可能。

“李鬼亂搞可能把量子的概念亂用了。好多公司傍上概念，也是為了在資本市場套取好處?！迸私▊フf，廣大投資者在投資量子概念股、使用量子產(chǎn)品也要搞清楚，究竟是不是“真量子”。如果自己無法判斷，歡迎來請教相關科學家。

編輯/余弘陽