胡兆會

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1 量子技術(shù)簡介

量子技術(shù)的基礎(chǔ)是力學(xué)，自從愛因斯坦提出的光量子假說以來，直接推動了量子力學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，經(jīng)過了多年的努力研究，各國在量子技術(shù)方面都取得了相應(yīng)成績，美國、瑞士、西班牙、中國等國家紛紛建立量子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)量子技術(shù)的特點(diǎn)，又分化出許多專門的組織機(jī)構(gòu)，如量子技術(shù)在通信方面的應(yīng)用，是全球的研究重點(diǎn)對象。由于量子通信網(wǎng)絡(luò)可以為更多的用戶提供最安全的通信服務(wù)在更廣泛的空間里，所以才成為著重研究對象，如果能將量子技術(shù)全面的應(yīng)用在通信方面，那么單位與個人的信息交流都將得到有效的保證。雖然我國量子技術(shù)起步較晚，但是由于國家的重視，科學(xué)家的不斷努力創(chuàng)新，已經(jīng)在量子技術(shù)領(lǐng)域取得了第一的稱號。

2 量子通信技術(shù)發(fā)展概述

量子通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，歸結(jié)于量子通信有不可被解密的特點(diǎn)，量子動態(tài)穩(wěn)定不可破譯，一旦遭遇攔截，即可知曉，自從量子密碼體制被證明絕對安全以來，在短短數(shù)十年間得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各國幾乎在同一時期踏入量子通信研發(fā)的軌道上來。理論上講，量子通信技術(shù)著重解決的是“密鑰分配”與“一次一碼地密碼體制”相結(jié)合的問題，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳輸?shù)慕^對安全，直到BB84協(xié)議的出現(xiàn)，量子通信才算取得了巨大發(fā)展，進(jìn)一步使得使用相干光源的實(shí)用化工程方案可以實(shí)現(xiàn)絕對安全性。

近十幾年來，量子通信在通信距離和速率上都有了飛躍式的提升，量子通信技術(shù)的發(fā)展朝著更廣、更深、更遠(yuǎn)的方向邁進(jìn)，在更廣的空間范圍內(nèi)給更多的用戶提供安全通信服務(wù)，于是建立了量子通信網(wǎng)絡(luò)，美國率先建立了第一個實(shí)地量子通信網(wǎng)絡(luò)，而后開發(fā)出的基于光纖鏈路的通信系統(tǒng)——基于弱相干光源的量子密鑰分配系統(tǒng)和基于糾纏光源的量子密鑰分配系統(tǒng)；和基于衰減激光脈沖的自由空間量子密鑰分配系統(tǒng)，在更深的空間中是指各個國家研究的方向都不相同，總體目標(biāo)視為了構(gòu)建城際量子通信網(wǎng)絡(luò)、通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)、實(shí)現(xiàn)廣域量子通信的可能。

3 中國在量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的上的研究

量子通信技術(shù)的成功標(biāo)志著信息傳輸?shù)慕^對安全性，所以各國大力開展相應(yīng)研究。中國在此方面雖然起步較晚，1995年中國科學(xué)院物理研究所首次實(shí)現(xiàn)了基于BB84協(xié)議的量子通信實(shí)驗(yàn)，10年后中國科技大學(xué)研究組實(shí)現(xiàn)了首次實(shí)用化實(shí)驗(yàn)，北京天津之間實(shí)現(xiàn)了通信距離為125km的光纖QKD通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，隨后有科技大學(xué)郭光燦院士的團(tuán)隊(duì)，研究發(fā)明了基于波長路由的量子路由器，從而使北京市網(wǎng)通商業(yè)光纖運(yùn)用在了4用戶城域量子光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了“電話一撥即通、語音實(shí)時加密、安全牢不可破”的量子保密電話，從此量子通信技術(shù)將真正為國家效力服務(wù)。2009年春天中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在安徽蕪湖建成了多層級“量子政務(wù)網(wǎng)”，通過該網(wǎng)絡(luò)可以完成任意兩點(diǎn)之間的無條件安全保密通信H3，“量子政務(wù)網(wǎng)”將保密聲音、保密文件和保密動態(tài)圖像變成現(xiàn)實(shí)，同時可以應(yīng)對通信量巨大的視頻資料，處理保密會議視屏和大量公文的傳輸需求。

2012年初，中國科技大學(xué)和安徽量子通信技術(shù)公司與合肥市聯(lián)合成立了城域量子通信實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且嘗試運(yùn)行，使合肥市成為全國乃至全球首個擁有城域量子通信的城市；此外，“山東量子科學(xué)技術(shù)研究院有限公司”建成了“濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)”，該試驗(yàn)網(wǎng)擁有濟(jì)南市區(qū)50個節(jié)點(diǎn)用戶單位，主要服務(wù)于政法機(jī)關(guān)系統(tǒng)省、市黨政機(jī)關(guān)、檢察院系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、高校及科研院所等，為國家重要要部分組織機(jī)構(gòu)提供了安全保密通信業(yè)務(wù)。

2014年1月，量子通信領(lǐng)域的第一個國家級重大工程通過了專家評審最終認(rèn)定，這一項(xiàng)目“量子保密通信“京滬干線”技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用”團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近4年的艱苦攻關(guān)，突破了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測技術(shù)、可信中繼傳輸和大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控技術(shù)等一系列大型工程。終于在2016年底貫通了“京滬干線”，搭建了連接北京、濟(jì)南、合肥、上海的全長2000余千米的量子保密通信骨干線路，開展大規(guī)模量子保密通信技術(shù)測試驗(yàn)證，對遠(yuǎn)程高清量子視頻會議系統(tǒng)及其他多媒體跨域互聯(lián)應(yīng)用進(jìn)行研究，完成了金融和政務(wù)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程或城市內(nèi)數(shù)據(jù)災(zāi)難恢復(fù)系統(tǒng)和金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用示范。

2005年，潘建偉團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了13千米自由空間量子糾纏和密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，證明光子穿透大氣層后，其量子態(tài)能夠有效保持，從而驗(yàn)證了星地量子通信的可行性，其后幾年的科研為我國發(fā)射量子衛(wèi)星作出了巨大貢獻(xiàn)。通過12年的艱苦攻堅(jiān)，科學(xué)家門地不懈奮斗最終將“墨子號”送離了地球，在國際上也是頭一次，千千米級的星地雙向量子通信網(wǎng)絡(luò)最終將構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，距離發(fā)射不到2年的時間內(nèi)“墨子號”量子衛(wèi)星高效地作業(yè)率、提前優(yōu)質(zhì)地完成了預(yù)先設(shè)定的全部科學(xué)目標(biāo)。

2017年9月29日，世界首條量子保密通信干線“京滬干線”與“墨子號”科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行天地鏈路，從此洲際量子保密通信事業(yè)將在我國發(fā)揮著重要作用。我國是首個擁有天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的國家，這為我國實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。2018年，潘建偉自信預(yù)言：“在未來的五到十年，我國一定會構(gòu)建一個健康全面的天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，用于保護(hù)千家萬戶的信息安全?！?/p>

中國在量子通信方面取得的成績是全球矚目的，站在全人類發(fā)展的視野上，其貢獻(xiàn)是巨大的，量子技術(shù)的提升還將運(yùn)用到計(jì)算方面，在幾年后將解決計(jì)算的某些特定問題，媲美目前最好的經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)，量子保密通信方面，我國已經(jīng)是全球全面領(lǐng)先地位，而后量子計(jì)算必將牢牢占據(jù)全球?qū)W術(shù)界一席之地。

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