中創(chuàng)為量子——量子通信領(lǐng)域中的“獨角獸”

劉超

如今，隨著電子商務(wù)、電子政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)金融、移動支付、光通信以致物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展。通信和網(wǎng)絡(luò)的觸角已經(jīng)蔓延到人類生活中的各個角落，人們對其的依賴程度越來越高，已經(jīng)成為許多人生活中必不可分的一部分。通信和網(wǎng)絡(luò)帶給人們便捷和享受的同時，通信安全和網(wǎng)絡(luò)安全問題也日趨顯現(xiàn)，諸如“棱鏡門”事件等還將再次上演。那么，有沒有一種原理上無條件安全的通信技術(shù)呢？

量子技術(shù)的出現(xiàn)，為通信和網(wǎng)絡(luò)的原理上無條件安全，提供了一種可能。量子具有不可復(fù)制、不可分割、難測準等特點。量子保密通信利用目前不可破解的密鑰分發(fā)技術(shù)，近年來被世界許多國家密切關(guān)注且進行了深入的研究。量子密鑰分發(fā)技術(shù)（QKD）實現(xiàn)了安全的密鑰分發(fā)，為實現(xiàn)安全的保密通信提供了方向。

2017年，我國的量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”實現(xiàn)了“千公里級”星地雙向的量子糾纏分發(fā)和隱形傳態(tài)，刷新了這一領(lǐng)域的世界紀錄。在實際應(yīng)用中，量子保密通信已經(jīng)開始悄然進入到人們的生活。

北京中創(chuàng)為量子通信技術(shù)有限公司（以下簡稱“中創(chuàng)為量子”）是一家主要專注于量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的高科技公司，作為量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的推進者，公司重點面向?qū)I(yè)行業(yè)市場提供可實用化的量子保密通信解決方案及產(chǎn)品服務(wù)。中創(chuàng)為的量子保密通信技術(shù)已經(jīng)向國防、金融、政務(wù)、能源等領(lǐng)域提供各類量子保密通信解決方案。

“烽火”與“量子糾纏”

中創(chuàng)為量子總經(jīng)理陳建在講述量子通信之前，先講述了古代“烽火臺”的故事。他說，在古代，戰(zhàn)爭信息是十萬火急的消息，關(guān)系著一城一國的興亡。因此，人利用“烽火臺”傳遞軍情信息，五公里或十公里一座烽火臺，“白天施煙，夜間點火”，僅用肉眼就可看到，其傳遞速度遠勝于其他方式。將士們一見烽火四起，就會舉兵殺敵。

如果說，人類在幾千年的發(fā)展歷史長河中，由于生產(chǎn)力的制約不得不依靠烽火、飛鴿傳書、鴻雁傳書、旗語、快馬驛傳等形式進行信息的傳遞與交換，那么結(jié)束這種效率低下又被動的傳遞方式的歷史節(jié)點就是電報的誕生（1837年由美國 S.F.B.莫爾斯首先試驗成功）。之后的近兩百年間，又相繼出現(xiàn)電信號傳輸、數(shù)字信號傳輸和光信號傳輸?shù)?，直到量子通信的出現(xiàn)則徹底顛覆了幾千年來人類對信息傳遞的認知。

那么，究竟什么是量子通信？簡言之，量子通信就是指利用量子特性進行信息傳遞的一種新型的通信方式。量子通信不僅屬于新興的交叉學科，還是量子理論和信息理論相結(jié)合的新的研究方向。完整的量子通信內(nèi)容主要包括量子保密通信、量子糾纏和量子隱形傳態(tài)等，近來這門學科已逐步從理論走向?qū)嶒灒⑾驅(qū)嵱没l(fā)展?！皣栏竦刂v，目前我們還做不到真正意義上可控的量子通信。只能做到‘量子保密通信即‘量子密鑰分發(fā)。這只是量子通信的初級階段，完整的量子通信還處在研究階段?！标惤ǜ嬖V本刊記者。

陳建介紹，與密鑰方式相比，量子保密通信的安全性和高效性要遠勝于前者。量子保密通信是目前不能通過計算機能力提升破譯的通信方式。不能破解的原因有2點：第一，信息加密用的量子密鑰的加密是隨機的，即使信息被截獲，也無法得到與之截獲信息相匹配的密鑰，自然就沒有辦法對信息進行破解。第二，產(chǎn)生量子密鑰匙是通過單光子（目前產(chǎn)業(yè)化方案）或者一對處于糾纏態(tài)的光子，依據(jù)測不住原理等，第三方的觀察會導(dǎo)致狀態(tài)變化，從而被通信雙方發(fā)現(xiàn)。

所謂的“量子”，是指一個物理量如果有最小的單元而不可連續(xù)的分割，就說這個物理量是量子化的，并把最小的單元稱為量子。而光子（光量子）就是量子中的一種形態(tài)。中創(chuàng)為的核心技術(shù)和產(chǎn)品，正是基于單個光子光源和單光子探測技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的“量子密鑰分發(fā)”量子保密通信解決方案和產(chǎn)品服務(wù)。2018年，中創(chuàng)為簽約訂單超過30億元，2019年預(yù)計合同額將超過50億元。目前，中創(chuàng)為年產(chǎn)值居同行業(yè)之首。

行走在量子通信領(lǐng)域中的“獨角獸”

中創(chuàng)為量子成立于2014年，得益于我國對軍民融合、量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的支持，中創(chuàng)為量子積極貫徹國家軍民融合戰(zhàn)略，加快量子保密通信技術(shù)成果落地轉(zhuǎn)化，成立了應(yīng)用研發(fā)中心，推動量子保密通信產(chǎn)品與技術(shù)在民參軍領(lǐng)域的應(yīng)用普及，以雄厚的科研實力、豐富的技術(shù)儲備、廣泛的市場資源為基礎(chǔ)，實現(xiàn)量子保密通信產(chǎn)業(yè)政策、人才、技術(shù)、資金等資源的集聚，以出色的技術(shù)和解決方案為軍工信息安全保駕護航。2018年3月，中創(chuàng)為入選科技部火炬中心“2018新晉獨角獸”榜首企業(yè)。

作為量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的推進者，中創(chuàng)為量子已經(jīng)把中科院及相關(guān)機構(gòu)主導(dǎo)的“量子密鑰分發(fā)”這一科研成果實現(xiàn)了在市場上的應(yīng)用，并重點面向?qū)I(yè)市場提供實用化的量子保密通信解決方案及產(chǎn)品服務(wù)，為最終用戶實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)與量子技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用。目前，中創(chuàng)為量子已經(jīng)開始實施“一個中心+三個基地”的運作模式：即以北京為中心、在南京設(shè)立研發(fā)生產(chǎn)基地，在合肥設(shè)立服務(wù)及培訓基地，在成都建立產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用基地。同時，在青島、深圳布局量子產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片研發(fā)和量子區(qū)塊鏈應(yīng)用。“我們的量子保密通信方案在一開始就是鎖定幾個領(lǐng)域堅持自主設(shè)計、自主選擇供應(yīng)商，并不是蹭量子通信的熱度。企業(yè)的戰(zhàn)略正確、路線正確、市場選擇也正確，公司自然就會按照既定方向發(fā)展?！标惤ń榻B。

然而，陳建在談到中創(chuàng)為量子的量子保密通信解決方案的同時，也對其更上游的如半導(dǎo)體器件工藝、材料等的國產(chǎn)化表示了關(guān)注。他說：“我們的量子保密通信是建立在激光器和探測器等半導(dǎo)體器件優(yōu)秀的性能之上。國外器件的成品率能達到70%以上，而某些核心器件國產(chǎn)成品率能達到20%就已經(jīng)算是很好的，說到底是工藝問題。國產(chǎn)的器件雖然與國外的相比差距很大，但總是不用，國產(chǎn)的器件就永遠也做不上去。我們現(xiàn)在所需的器件基本已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。”而在半導(dǎo)體器件的前端，則是材料環(huán)節(jié)?！安牧闲阅軟Q定芯片性能，芯片直接影響器件。量子技術(shù)所需器件的芯片制造工藝都是納米級別，材料生長的控制工藝是很難的技術(shù)，芯片需要生長幾十層，每一層的厚度僅幾納米，而且對每一層材料的要求都不一樣，材料要生長在哪里，要長成什么形狀。”涉及到半導(dǎo)體材料、器件和工藝等技術(shù)，西方國家一直以來對我國采取的都是“禁運”政策，我們被這些障礙“卡”了幾十年，而且“禁運”的范圍越來越大。

針對上述問題，陳建提出了自己的看法：就北京市來說，在光電子方面更多的應(yīng)該做產(chǎn)業(yè)的頂層布局，利用科研院所和眾多高校的科研優(yōu)勢在材料設(shè)計、器件生產(chǎn)工藝難點突破方面加大投入，形成產(chǎn)業(yè)，既能體現(xiàn)出高精尖的特點，也不需要過多的空間資源。陳建說：“北京是國內(nèi)對接國際高端商務(wù)和科研資源最多的地區(qū)，適合做總部基地，企業(yè)將總部保留在北京可以更多利用這些資源，至于生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以分流外地，如珠三角或長三角地區(qū)?！?/p>

目前，包括歐洲、美國、日本、韓國等都分別制定了量子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的規(guī)劃。曾有專家表示，目前中國量子通信技術(shù)領(lǐng)先國際相關(guān)技術(shù)水平5年，并將在未來10～15年將繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。作為目前國際上頂尖的前沿科學領(lǐng)域之一，量子通信在我國已經(jīng)實現(xiàn)了后發(fā)先至?！昂诵募夹g(shù)靠化緣是要不來的”。只有通過不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈不足、堅持中國創(chuàng)造道路，才能實現(xiàn)超越和突破。