我國預計2030年建成量子通信網 每戶配一個“密鑰機”

人民網北京8月17日電 （記者 魏艷）16日凌晨，我國在酒泉衛星發射中心成功發射世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。

中國在量子科學領域的這一“領跑動作”引發了全世界的關注。因為這不僅標志我國空間科學研究又邁出重要一步，更有媒體預測，伴隨著量子信息技術逐漸走向實用化，其衍生出的量子通信技術，被譽為是繼微電子信息之后，最有可能引發軍事、經濟、社會領域又一次重大革命的關鍵技術，將催生量子通信的千億市場，引發世界新一輪的通信技術研發競爭。

2030年建成量子通信網絡 每戶配一個密鑰機

據中科院院士、清華大學原子分子納米科學研究中心主任李家明介紹，量子通信的好處在於保密性強、安全性高。“在量子通信網絡下，如果有人設法竊取你的私人通訊，你會立刻察覺到，這樣就可以啟動相應的措施保護個人的隱私和安全。而在現有的通信技術手段下，這是無法做到的。”正因於此，量子通信的實用化和產業化已經成為包括歐盟、美國、日本和中國在內的各個大國爭相追逐的目標。

據了解，隨著首顆量子衛星實驗成功，我國還將會陸續發射后續衛星，並結合未來的空間站項目，開展相關研究，驗証星間、全天時量子通信的可行性。“按照規劃，到2020年，中國將實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發﹔到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網絡。”潘建偉表示。

量子通信網絡究竟會給人類生活帶來哪些改變？中國科學院的一本有關量子衛星的科普手冊中寫道：如果一個覆蓋全國甚至是全球化的量子通信網絡構建完成，並且隨著應用深入，成本逐漸降低，普通民眾就能廣泛享受量子通信帶來的巨大便利。比如，隨著技術進一步發展和應用普及，可以通過入戶光纖給每家每戶配一個量子密鑰機，人們擁有“量子密鑰”手機的夢想就可變為現實。一旦有人試圖竊取量子密鑰，使用者就會知曉，結合經典加密方式就能保証通信的絕對安全。

中國領跑量子太空競賽 有賴於“大科學”建設

在全球的量子通信競賽中，中國雖然並不是起步最早的，但是在量子衛星首席科學家、中國科學院院士潘建偉等人不懈努力下，目前中國在量子通信領域已經實現“彎道超車”，並成為首個將自主研發的量子科學實驗衛星送入太空的國家。

事實上，早在數年前，星地量子通信的中國夢想就已經引發了世界的關注。2012年8月9日，國際權威學術期刊《自然》雜志以封面標題形式發表了中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室潘建偉團隊的研究成果：他們在國際上首次成功實現了百公裡量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。

這一成果不僅刷新世界紀錄，有望成為遠距離量子通信的“裡程碑”，而且為發射全球首顆“量子科學實驗衛星”奠定了技術基礎。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點”。

中科院院士、中國科學院物理研究所研究員於淥在接受採訪時表示，量子科學實驗衛星發射成功結合下半年建成的“京滬干線”，我國將初步構建一個廣域量子通信體系，這會解決很多實際的問題，並且為全球性的量子通信網絡的構建打下基礎，這將是一個新的突破。

於淥提到的“京滬干線”是由潘建偉團隊牽頭承擔的世界上第一條遠距離量子通信保密干線，將於今年下半年開通。“一個天地一體的全球化量子通信基礎設施構建成功后，能為未來的互聯網提供基於量子通信技術的安全保障，形成完整的量子通信產業鏈和下一代國家主權信息安全生態系統。”潘建偉解釋說。

潘建偉認為，能夠領跑國際量子太空競賽，有賴於中國“大科學”項目建設的高效性。“實現衛星量子通信一直是國際上科技強國競相追逐的目標。比如，量子信息實驗研究的先驅者、著名物理學家AntonZeilinger 研究組以及歐洲眾多的優秀研究團隊一直在與歐洲空間局商討建立以國際空間站為平台的星地量子通信計劃。然而，歐空局緩慢的決策機制使得這一計劃一再拖延。”而在我國，一方面，國家的高強度支持使得包括我們團隊在內的優秀科研團隊快速推進量子信息研究的發展﹔另一方面，在衛星量子通信方向上出現重大突破跡象時，中科院快速作出前瞻性決策，得以在國際上率先啟動“量子科學實驗衛星”。

“在國家的高強度支持下，我國形成了很強的理論和實驗技術儲備，培育了一批優秀的研究團隊，在量子通信、量子計算等研究方向上產生了一批具有重要國際影響的研究成果。”在潘建偉看來，中國給予“量子研究”的大力支持是其他國家無法比擬的：2000 年以來中國經濟高速增長，國家對科研經費的投入不斷加強，成為科研創新的黃金時期。我國政府也高度重視量子信息領域的發展，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》就將“量子調控研究”列入科技部四項“重大科學研究計劃”之一，中科院、科技部、基金委等科研主管部門對量子信息領域持續進行著前瞻性、戰略性布局。

潘建偉：盼有生之年目睹量子互聯網的誕生

據了解，此次成功發射的量子科學實驗衛星是我國自主研發的星地量子通信設備，突破了一系列高精尖技術，包括“針尖對麥芒”的星地光路對准，偏振態保持與星地基矢校正，量子光源載荷等關鍵技術。

潘建偉指出，它的成功研制，不僅是中國量子保密通信領域“殺手?”技術研發的重大突破，實現了從跟隨創新到引領創新、從集成創新到原始創新的跨越，同時也是世界量子通信技術的重要創新，它有望使人類科技發展史上“最安全的通信手段”具備覆蓋全球的能力。

“量子是人類對自然界的能量最小單位，量子信息研究集多學科於一體，要想取得突破，必須擁有不同學科背景的人才。” 回憶起剛回國建立實驗室的時候，潘建偉表示，當時無論是研究水平還是人才儲備方面，國內的基礎都很薄弱。

“因此我們在各國間奔波，與國際先進小組保持密切的合作，不斷地取長補短，這是讓團隊得以快速發展壯大的‘秘方’。潘建偉說，多年來，團隊還一直有針對性地選送學生出國留學，把他們送到量子信息研究的優秀國際小組加以鍛煉。“近年來，這些年輕人悉數回國，使得我們的量子研究團隊得到空前壯大，形成了一支特色鮮明、優勢互補的年輕研究隊伍。”

談到衛星研制過程中遇到的困難，潘建偉說，各個載荷系統都遇到了很多難題，難以說哪個最大。一個具有代表性的難題是市面上現有的單光子探測器都無法滿足空間的高輻射環境要求。因為宇宙射線會對探測器的半導體晶格造成損傷，增加晶格缺陷，隨著晶格中缺陷的增多，器件性能出現急劇衰減。

“我們團隊先從基本物理特性入手，在載荷資源和器件本身特性最大允許范圍內，提出了通過降低單光子探測器工作溫度、增加探測器屏蔽厚度等技術可以解決該問題。隨后實驗上經過艱苦攻關，通過歐洲質子加速器輻照測試，發現降低單光子探測器工作溫度和增加探測器屏蔽厚度的技術可以有效增加單光子探測器在軌工作壽命。”

“對於我們團隊來說，衛星的發射並不代表我們的努力就到此為止。”潘建偉表示，隨著中國科技的迅猛發展，他相信量子通信將在不到10年的時間裡輻射千家萬戶。

“期盼在我有生之年，能親眼目睹以量子計算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯網的誕生。我相信中國科學家們做得到。”