中國量子通信下一步

許向真

借著我國自主研發(fā)的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射契機(jī)，量子通信再次成為社會的關(guān)注熱點(diǎn)。

事實(shí)上，早在2006年，我國已在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中將“量子調(diào)控研究”列為重大基礎(chǔ)科學(xué)研究計劃。今年8月初，國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》也將量子通信列入15個新部署的重大項目之一。

在國家高度重視下，再加上各界的不懈努力，我國量子通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了巨大的成果，從10年前的不起眼發(fā)展為現(xiàn)在的“世界勁旅”，領(lǐng)先于歐美發(fā)達(dá)國家。

接下來，擺在中國量子通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)各界面前的，將是如何進(jìn)一步鞏固成果，把優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為真正惠及國家、產(chǎn)業(yè)以及民眾的“福利”。

信息安全“終極武器”

量子通信是目前已經(jīng)被證明是絕對安全的通信手段。因此，發(fā)展量子通信，大到保護(hù)國家安全，小至保護(hù)公民隱私安全都至關(guān)重要，尤其是對于政府、軍隊和金融等涉及國家社會安全穩(wěn)定的部門而言更為如此。

在新一代通信設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的今天，信息安全領(lǐng)域早已成為世界強(qiáng)國之間無形的戰(zhàn)場。尤其是自“棱鏡門”事件后，包括通信安全和網(wǎng)絡(luò)安全在內(nèi)的信息安全得到了國家的高度關(guān)注和空前重視，保衛(wèi)國家的信息安全已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面，打造通信安全已體現(xiàn)出國家意志。

量子通信的無條件安全通信技術(shù)正是滿足國家信息安全戰(zhàn)略的“終極武器”之一。伴隨著激烈的國際競爭，在信息安全這樣一個無形的戰(zhàn)場中，加大研發(fā)投入并獲取核心技術(shù)才能占據(jù)信息安全領(lǐng)域的制高點(diǎn)，從而在國防、金融、工程和社會公共設(shè)施等信息安全領(lǐng)域發(fā)揮重要的應(yīng)用價值。

由于絕對安全的特性，量子通信技術(shù)市場規(guī)模有望達(dá)到千億元級別。以國防領(lǐng)域?yàn)槔?，量子通信能?yīng)用于通信密鑰生成與分發(fā)系統(tǒng)，構(gòu)成作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)機(jī)動的安全通信網(wǎng)絡(luò);能用于改進(jìn)光網(wǎng)信息傳輸保密性，由此提高信息保護(hù)和信息對抗能力;還能應(yīng)用于深海安全通信，為遠(yuǎn)洋深海安全通信開辟嶄新途徑和目標(biāo)，為國防贏得先機(jī)。

我國的量子通信技術(shù)起步雖然晚于歐美國家，但近幾年來取得了重大進(jìn)展。尤其是我國量子通信領(lǐng)域領(lǐng)軍人物——中國科技大學(xué)潘建偉院士不僅榮獲2015年國家最高科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎，其研究成果還榮登“2015年世界物理學(xué)十大進(jìn)展”第一名，開創(chuàng)中國物理學(xué)的先河。

潘建偉和他的研究團(tuán)隊對量子通信領(lǐng)域有三大突出貢獻(xiàn)：

其一，在2004年、2007年和2012年先后實(shí)現(xiàn)了五光子糾纏態(tài)、六光子糾纏態(tài)、八光子糾纏態(tài)的制備與操縱，均居于世界第一位次，連續(xù)刷新了世界紀(jì)錄，在量子糾纏方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)地走在世界前頭。

其二，很好地完成了長程量子通信中緊迫急需的量子中繼器的實(shí)驗(yàn)與制作，為將來實(shí)現(xiàn)廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)乃至全球量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

其三，對遠(yuǎn)距離量子通信與空間尺度量子實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，2005年在國際上首次實(shí)現(xiàn)距離大于垂直大氣層等效厚度的自由空間雙向糾纏分發(fā)，2010年在國際上首次實(shí)現(xiàn)16公里自由空間量子態(tài)隱形傳輸，2011年10月至2012年6月在國際上接連首次實(shí)現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和雙向糾纏分發(fā)，為基于衛(wèi)星的廣域量子通信以及大尺度的量子計算、量子信息技術(shù)應(yīng)用與實(shí)施打通了技術(shù)瓶頸。

值得一提的是，除了基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的突破，我國在量子通信領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也大大超過歐美國家，已處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前期。

量子通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包括四個環(huán)節(jié)：核心零組件、量子設(shè)備與解決方案、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營。我國在產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)——量子設(shè)備與解決方案提供領(lǐng)域較為突出。全球主要的4家量子設(shè)備與解決方案提供商中，有兩家來自中國，分別是科大國盾和問天量子。

科研人員在模擬地面望遠(yuǎn)鏡向量子衛(wèi)星發(fā)射信標(biāo)光。

然而，在核心零組件環(huán)節(jié)，我國還存在瓶頸。要知道，量子通信保證的是通信信道絕對安全，但無法保證接受端的安全。也就是說，對于量子通信而言，如要確保量子通信各個環(huán)節(jié)的絕對安全，就必須實(shí)現(xiàn)各個核心零組件環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化，這是我國量子通信產(chǎn)業(yè)化未來進(jìn)程中亟待突破的領(lǐng)域。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

量子通信戰(zhàn)略地位凸顯，國家需求明確，未來發(fā)展大有可為。目前我國量子通信領(lǐng)域的成果處于世界領(lǐng)先地位，如何更好地將研究成果轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)增長動力、把握市場先機(jī)，是下一階段的重要命題。具體而言，可以從以下幾個方面著手，進(jìn)一步推動我國量子通信的發(fā)展。

第一，突出重點(diǎn)難點(diǎn)，加大支持力度。下一步仍應(yīng)保持對量子通信領(lǐng)域的穩(wěn)定投入以鞏固領(lǐng)先地位，尤其針對重點(diǎn)環(huán)節(jié)和薄弱環(huán)節(jié)加大支持。

這其中，重點(diǎn)環(huán)節(jié)包括關(guān)鍵技術(shù)或者具有廣闊市場前景的領(lǐng)域，如量子計算。量子計算依賴于量子力學(xué)規(guī)律處理信息，有著經(jīng)典計算機(jī)永遠(yuǎn)不可逾越的巨大優(yōu)勢，或?qū)㈩嵏踩斯ぶ悄茴I(lǐng)域的游戲規(guī)則。薄弱環(huán)節(jié)是核心零組件，其作為實(shí)現(xiàn)量子通信產(chǎn)業(yè)化的四大環(huán)節(jié)之一且目前是我國的短板，因而也應(yīng)作為下一階段政策重點(diǎn)支持的對象。

第二，重視專利申請，搶先制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國在知識產(chǎn)權(quán)意識和相關(guān)立法上同發(fā)達(dá)國家仍存在較大差距，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的疏失對于研究成果的商業(yè)化運(yùn)作將造成不容忽視的負(fù)面影響。

因此，可考慮制定量子通信領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)專項立法，組織專家力量，提高專利意識。另外，鑒于我國量子通信發(fā)展成果位于世界前列，應(yīng)把握先機(jī)搶先制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

第三，注重量子通信領(lǐng)域人才培養(yǎng)。我國的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略把人才建設(shè)擺在了極為重要的位置，推動量子通信不斷出成果也應(yīng)以人才建設(shè)為核心。

目前，在人才建設(shè)方面，已有部分省市啟動相關(guān)工作，比如，上海市科委通過基礎(chǔ)研究項目、上海市自然基金、科技人才計劃等，在量子科學(xué)領(lǐng)域布局了一批項目、支持了一批人才。在今年上海市自然基金設(shè)立的專門針對40歲以下年輕人的探索類4個板塊中，其中之一就是量子調(diào)控，用以補(bǔ)充創(chuàng)新后備力量。

第四，針對不同受眾采取不同推廣方式和管控方式。規(guī)模應(yīng)用重管控量子通信最大的優(yōu)勢在于“防竊聽”、“一次一密”、“絕對安全”，因此最適合于政府、銀行、金融證券、大型企業(yè)集團(tuán)等保密通信要求較高的場合。

而對于民眾而言，一般不需要如此高保密度的量子通信技術(shù)，因而在設(shè)計和推廣上，可就成本和便捷度多下工夫。