方陵生

縱觀人類通信史，從最原始的結(jié)繩記事到語(yǔ)言文字的溝通交流，從近代遠(yuǎn)程傳送信息的電報(bào)電話，到當(dāng)前普遍流行的智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等，不斷發(fā)展的通信方式極大地縮短了人與人之間的距離，深刻改變了人們的生活方式和社交方式。信息傳輸也已從傳輸方式和手段的更新，進(jìn)入了討論“如何保證傳輸安全”的新時(shí)代。

解惑：

什么是量子通信技術(shù)

量子是構(gòu)成物質(zhì)的不可再分割的基本單元。量子世界的兩個(gè)基本原理是量子疊加和量子糾纏，前者是指一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上，如著名的“薛定諤的貓”理論所形象表述的：“一只貓可以既是活的又是死的”;后者是指兩個(gè)處于糾纏態(tài)的微觀粒子，不論分隔多遠(yuǎn)，改變其中一個(gè)粒子的量子態(tài)，都會(huì)影響并改變另一個(gè)的狀態(tài)。

量子通信技術(shù)是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式，是結(jié)合了量子論和信息論的全新研究領(lǐng)域。量子通信的“量子糾纏”等特性，在理論上具有超強(qiáng)保密性、超大容量和超遠(yuǎn)傳輸距離等特點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)無法破譯的保密通信。高效安全的信息傳輸日益受到人們關(guān)注，量子通信也已成為當(dāng)前國(guó)際上的熱門研究課題之一。特別是近年來，量子通信已逐步從理論走向?qū)嵱没⑸虡I(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。

通過近幾年的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)逐步攻克了量子通信技術(shù)的一些難點(diǎn)，將量子通信理論從實(shí)驗(yàn)室?guī)驅(qū)嶋H應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)世界矚目的科研成果轉(zhuǎn)化。比如于2016年開通的“滬杭干線”（浙江段），就是全球第一條量子保密通信商用干線，它的開通運(yùn)營(yíng)標(biāo)志著量子通信產(chǎn)業(yè)化時(shí)代的到來，同時(shí)也拉開了量子通信產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的大幕。未來的量子通信產(chǎn)業(yè)，必將給浙江的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來巨大而深遠(yuǎn)的影響。

回顧：

量子通信走過的路

1984年，IBM兩位工程師提出了通過量子物理學(xué)的極端特性來確保秘密不被竊取的保密通信方案;1989年，IBM實(shí)驗(yàn)室成功讓光子攜帶密鑰“走”了30厘米，證實(shí)了量子保密通信的可行性;1991年，英國(guó)科學(xué)家提出以量子糾纏態(tài)來發(fā)密文，奠定了量子通信技術(shù)的理論基礎(chǔ);2006年，我國(guó)潘建偉科研團(tuán)隊(duì)在世界上首次利用誘騙態(tài)方案實(shí)現(xiàn)了超過100千米的光纖量子密鑰分發(fā);2008年，潘建偉團(tuán)隊(duì)發(fā)明的量子中繼器被英國(guó)《自然》雜志贊譽(yù)為“清除了量子通信的一塊攔路石”。至此，各國(guó)科學(xué)家共同努力為量子通信的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展鋪平了道路。

2016年，中國(guó)又在量子通信應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)突破，比如“墨子號(hào)”的升空、“滬杭干線”（浙江段）的開通，以及隨后“京滬干線”的開通。 其中“滬杭干線”將實(shí)現(xiàn)杭州和上海兩地間量子安全級(jí)別的語(yǔ)音電話、視頻電話、文件傳輸業(yè)務(wù)，而作為國(guó)家量子通信骨干網(wǎng)，總長(zhǎng)2000多千米的“京滬干線”則可應(yīng)用于軍事、金融、政務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域的信息安全傳輸。

量子技術(shù)正催生量子通信產(chǎn)業(yè)鏈的千億市場(chǎng)，引發(fā)世界新一輪的通信技術(shù)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)，而多個(gè)世界“第一”的實(shí)現(xiàn)，表明中國(guó)在量子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域已走在了世界前列。

縱覽：

潘建偉院士（浙江省東陽(yáng)市人）長(zhǎng)期從事量子科學(xué)研究，對(duì)量子通信等研究有創(chuàng)新性貢獻(xiàn)，是該領(lǐng)域的國(guó)際著名學(xué)者。

各國(guó)量子技術(shù)的應(yīng)用與研究

IBM日前宣布，他們正在研發(fā)世界第一臺(tái)商業(yè)化通用量子計(jì)算機(jī)，預(yù)計(jì)未來5年內(nèi)可通過云計(jì)算進(jìn)行多種科學(xué)探索，并開發(fā)商業(yè)化應(yīng)用的量子計(jì)算機(jī)程序。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過晶體管的“開”與“關(guān)”兩種狀態(tài)，以0和1的組合來表示各種數(shù)據(jù)，而量子計(jì)算機(jī)的量子比特可同時(shí)模擬1和0，這意味著一個(gè)量子位可以執(zhí)行多個(gè)計(jì)算，所以量子計(jì)算機(jī)解決某些問題的速度要比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快得多。

從理論上說，擁有300個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)瞬間執(zhí)行計(jì)算的次數(shù)，比宇宙中所有原子的數(shù)量加在一起還要多，而IBM的目標(biāo)則是構(gòu)建一個(gè)基于超導(dǎo)電路的約50個(gè)量子位的系統(tǒng)。IBM稱，量子計(jì)算機(jī)最先可能應(yīng)用于預(yù)測(cè)復(fù)雜分子的化學(xué)性質(zhì)，其他可能的應(yīng)用還包括發(fā)現(xiàn)新藥物和新材料、優(yōu)化供應(yīng)鏈、建立新型財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)模型、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因素做出最佳投資決策、提高人工智能的圖像和視頻搜索能力，以及增強(qiáng)云計(jì)算的安全性等。

”墨子號(hào)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

另外，激光二極管發(fā)射的光子會(huì)載有量子加密數(shù)據(jù)，因此有可能會(huì)出現(xiàn)漏洞，而英國(guó)劍橋?qū)嶒?yàn)室的研究人員，也已找到了通過“誘餌”光子及時(shí)監(jiān)測(cè)并發(fā)現(xiàn)安全通信通道上竊聽行為的方法。

不久前，我國(guó)科學(xué)家又在基于光和超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得重大突破：在光量子計(jì)算機(jī)研究中，建造了世界上超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算原型機(jī);在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)研究中，實(shí)現(xiàn)了世界上糾纏數(shù)目最多的超導(dǎo)量子比特處理器。這兩項(xiàng)成果分別發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》和《物理評(píng)論快報(bào)》上。

借鑒：

谷歌的量子技術(shù)商業(yè)化模式

不久前，谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的馬蘇特·穆赫辛尼等人撰文，討論了量子技術(shù)的商業(yè)化投資機(jī)遇及未來五年內(nèi)的開發(fā)前景。穆赫辛尼等人在文章中重點(diǎn)介紹了三種可進(jìn)行早期商業(yè)化推廣的量子計(jì)算技術(shù)：量子模擬、量子輔助優(yōu)化和量子抽樣。

量子模擬是最令人期待的量子計(jì)算實(shí)際應(yīng)用之一，如模擬化學(xué)反應(yīng)和建立新材料開發(fā)模型等，研究人員可通過量子模擬對(duì)數(shù)以百萬計(jì)的候選方案進(jìn)行研究，開發(fā)新材料并確定其性能。無論是制造飛機(jī)所需的更強(qiáng)的聚合物，使用于汽車上的更有效的催化轉(zhuǎn)換器，更高效的太陽(yáng)能電池材料，還是療效更好的藥物或透氣性更好的織物，量子模擬更快的開發(fā)速度都將帶來巨大的商用價(jià)值。目前，發(fā)現(xiàn)新材料已是一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)，從定性描述到定量預(yù)測(cè)，量子技術(shù)都可完成一系列重要材料的模擬任務(wù)。

量子輔助優(yōu)化則可有效解決物理學(xué)、社會(huì)科學(xué)和各個(gè)行業(yè)中所有涉及量化計(jì)算的核心優(yōu)化任務(wù)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)對(duì)所有可能解決方案進(jìn)行測(cè)試的計(jì)算速度太慢，而通過量子計(jì)算和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的組合，則可獲得更強(qiáng)大的解決方案，提高許多行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。比如，物流公司可優(yōu)化調(diào)度、規(guī)劃和產(chǎn)品分配，醫(yī)院可提高醫(yī)療診斷的速度和準(zhǔn)確性，企業(yè)可借助量子算法，以最有效的方式應(yīng)對(duì)消費(fèi)者需求和市場(chǎng)變化。

與傳統(tǒng)電路相比，理想的量子電路可在同樣時(shí)間內(nèi)在更大的概率分布范圍內(nèi)進(jìn)行抽樣統(tǒng)計(jì)，因此可廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景包括機(jī)器學(xué)習(xí)中的推理和模式識(shí)別，以促進(jìn)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的實(shí)驗(yàn)研究。

展望：

量子通信產(chǎn)業(yè)化前景廣闊

量子通信產(chǎn)業(yè)化前景廣闊，充滿了無限的可能性?！皽几删€”（浙江段）的開通是我國(guó)構(gòu)建量子通信大網(wǎng)的一個(gè)良好開端，隨著市場(chǎng)化的進(jìn)展，2017年長(zhǎng)三角地區(qū)會(huì)進(jìn)一步推進(jìn)量子通信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和普及，并極有可能出現(xiàn)真正的市場(chǎng)化產(chǎn)品。浙江省政府多次強(qiáng)調(diào)，要努力把浙江打造成量子通信研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的重要基地。未來量子產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展將主要分成三個(gè)階段：第一階段，降低成本，為“量子+時(shí)代”的到來奠定基礎(chǔ);第二階段，在全國(guó)組建一個(gè)私密而安全的量子通信網(wǎng)絡(luò);第三階段，量子通信將真正為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)和支付領(lǐng)域帶來巨大變化，我們將迎來一個(gè)更加安全和諧的“量子+時(shí)代”。

由加拿大科學(xué)家研發(fā)的世界首臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)D-Wave

量子通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包含元器件、通訊設(shè)備、量子通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)及專網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)四個(gè)環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都充滿商機(jī)。事實(shí)上，量子通信“永不被解密”的安全傳輸方式，已在市場(chǎng)上得到了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，我國(guó)多家銀行已率先試用了量子通信加密技術(shù)。從理論上講，通過設(shè)備產(chǎn)生量子密鑰，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，是絕對(duì)安全的。

目前，我國(guó)的量子通信將率先應(yīng)用于政府、軍隊(duì)和金融機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的專網(wǎng)通信中，未來還將逐漸擴(kuò)展到公網(wǎng)和云安全等領(lǐng)域。事實(shí)上，量子通信技術(shù)已經(jīng)滲透進(jìn)了我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，目前普遍使用的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)航等，無一不是得益于量子通信技術(shù)。未來十幾年內(nèi)，量子通信技術(shù)將“飛入尋常百姓家”，屆時(shí)，我們的各類網(wǎng)上私人信息將更加安全，形形色色的泄密事件再難發(fā)生。

潘建偉院士曾說：“希望在未來10～20年內(nèi)，在我國(guó)構(gòu)建一個(gè)天地一體的全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。”隨著產(chǎn)業(yè)化的逐步成熟和成本的下降，量子通信必將走進(jìn)千家萬戶，我們很快就會(huì)迎來量子通信技術(shù)飛速發(fā)展的新時(shí)代。不久，相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用就將帶領(lǐng)人類社會(huì)進(jìn)入一個(gè)擁有更高工作效率、更安全信息傳遞途徑，以及更便捷、更綠色環(huán)保生活方式的新時(shí)代。