中國終于也有了黑科技：量子通信產(chǎn)業(yè)化已超美國

　　ICCSZ訊 2015年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室潘建偉院士、陸朝陽(yáng)教授等完成的“多自由度量子隱形傳態(tài)”名列2015年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十項重大突破榜首。英國物理學(xué)會(huì )(Institute of Physics)新聞網(wǎng)站《物理世界》(Physics World)將其評為“年度突破”。在量子密鑰分配方面，中國也取得260—300公里最大通信距離的好成績(jì)。那么，如此高大上的黑科技，在應用上做得怎樣了?日前，觀(guān)察者網(wǎng)專(zhuān)訪(fǎng)了科大國盾量子總裁趙勇，解讀中國量子通信產(chǎn)業(yè)化的最新進(jìn)展。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在量子信息技術(shù)領(lǐng)域獨樹(shù)一幟，科研實(shí)力在國際上處于前列，被美國列為重點(diǎn)關(guān)注的量子技術(shù)研究機構?？拼髧芰孔?原安徽量子通信技術(shù)有限公司)是以潘建偉院士團隊實(shí)用化量子通信技術(shù)為基礎，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)起組建的中國第一家從事量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。雖然在量子通信技術(shù)上中美并駕齊驅?zhuān)?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e9%87%8f%e5%ad%90%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">量子通信產(chǎn)業(yè)化方面中國已經(jīng)走在美國的前列，并在國防、金融等領(lǐng)域鋪開(kāi)。

　　以下為對科大國盾量子總裁趙勇的專(zhuān)訪(fǎng)：

陸朝陽(yáng)(左)和潘建偉(右)

　　觀(guān)察者網(wǎng)：量子通信相對于經(jīng)典通信有什么優(yōu)勢?

　　趙勇：量子通信相比于經(jīng)典通信最大的優(yōu)勢就是安全性上，因為量子通信安全性不依賴(lài)于算法的復雜度，它具有無(wú)條件安全性。

　　此外，能夠精確地傳輸量子信息，也是一種優(yōu)勢，特別是在量子計算實(shí)用化之后。這時(shí)，作為計算的遠程輸入，使用量子疊加態(tài)將具有巨大的優(yōu)勢。

　　目前我覺(jué)得量子通信在其他方面優(yōu)勢不明顯。糾纏的遠距離關(guān)聯(lián)往往被誤認為可以用來(lái)超光速通信，或者說(shuō)無(wú)信號的信息傳遞。實(shí)際上，即便使用糾纏，量子通信不具備這些能力。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：中國量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀如何?

　　趙勇：中國量子通信產(chǎn)業(yè)相對起步較晚，但近幾年發(fā)展比較迅速，現在已經(jīng)有像科大國盾量子為代表的幾家企業(yè)，從事量子通信產(chǎn)品研發(fā)的團隊也比較龐大。目前在中國已建成的大規模城域量子通信網(wǎng)絡(luò )也是最多最大的，中科院也將在山東成立量子通信產(chǎn)業(yè)應用的卓越分中心，關(guān)于量子通信產(chǎn)業(yè)標準也正在研究制定中。未來(lái)隨著(zhù)更大規模實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò )和量子通信衛星的成功啟用，量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展將開(kāi)啟嶄新的篇章。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：在產(chǎn)業(yè)化方面和美國相比孰優(yōu)孰劣?

　　趙勇：在量子通信產(chǎn)業(yè)化及相關(guān)應用技術(shù)方面，我們已經(jīng)走在了美國的前面。舉例來(lái)說(shuō)，2011年，“合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)”建成，該網(wǎng)絡(luò )包括46個(gè)節點(diǎn)，是當時(shí)世界上首個(gè)規?；?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e9%87%8f%e5%ad%90%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">量子通信網(wǎng)絡(luò );2013年，“濟南量子通信試驗網(wǎng)”建成，該網(wǎng)絡(luò )包括56個(gè)節點(diǎn)、90多個(gè)用戶(hù)，面向完全承載實(shí)際應用、量子網(wǎng)絡(luò )運維和優(yōu)質(zhì)的用戶(hù)體驗，是目前世界上最大的城域量子通信網(wǎng)絡(luò );目前在建的“京滬干線(xiàn)”項目，計劃于2016年底建成連接北京、濟南、合肥、上海等城域網(wǎng)絡(luò )且全長(cháng)2000多公里的量子保密通信線(xiàn)路，其將成為全球首個(gè)也是距離最遠的廣域光纖量子保密通信骨干線(xiàn)路?？梢哉f(shuō)，中國在量子通信產(chǎn)業(yè)化方面，正在國際上擔當 “領(lǐng)跑者”的角色。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：能談幾個(gè)具體應用的例子么?

　　趙勇：現在量子通信技術(shù)應用最典型的例子就是建設量子通信網(wǎng)絡(luò )，目前報道的已經(jīng)建成的有合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)、覆蓋濟南市城區的濟南量子通信試驗網(wǎng)還有蕪湖網(wǎng)，以及新華社新聞大廈和金融信息交易所之間的金融信息量子通信驗證網(wǎng)，即將建成的城域網(wǎng)還包括北京城域量子通信網(wǎng)和上海陸家嘴金融量子保密通信應用示范網(wǎng)等。而將在2016年底建成的連接北京和上海的“京滬干線(xiàn)”將主要是推動(dòng)金融、政務(wù)等方面的應用。比如它包含了網(wǎng)上銀行數據的遠程災備應用、金融機構信息數據的采集應用、金融信息交易應用以及銀行同城數據生產(chǎn)和災備應用等。

　　我們在山東建立的量子關(guān)鍵器件研發(fā)平臺，其中周期極化鈮酸鋰波導的成功研制，標志著(zhù)我國成為世界第三家完全掌握了基于逆向質(zhì)子交換波導研制技術(shù)的國家，這也是國內第一家，基于此波導又成功研發(fā)了世界第一款上轉換單光子探測器商用產(chǎn)品。同時(shí)，我們正在上海建設金融量子通信網(wǎng)和管控中心、大數據服務(wù)中心等;中科院與阿里巴巴在上海合作成立量子計算實(shí)驗室，簽署“共同推動(dòng)量子信息技術(shù)研發(fā)及應用的戰略合作協(xié)議”，探索實(shí)用化的量子計算技術(shù)等。近期，國科控股、科大國盾量子、阿里巴巴、中興通訊等發(fā)起組建“中國量子通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，我國的量子通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：中國量子通信有哪些最新的技術(shù)突破?

　　趙勇：今年在量子通信方面有許多優(yōu)秀的技術(shù)成果，比如今年年初中科大潘建偉院士團隊實(shí)現的“多自由度量子隱形傳態(tài)”研究，剛剛被評為2015年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十項重大突破之首，這一研究成果為發(fā)展可擴展的量子計算和量子網(wǎng)絡(luò )技術(shù)奠定了堅實(shí)的基礎;在抵御黑客攻擊的遠程量子密鑰分發(fā)研發(fā)方面，將安全距離進(jìn)一步擴展到200公里以上，而且根據最新的研究成果，通過(guò)實(shí)驗系統的進(jìn)一步優(yōu)化，完全可以使距離擴展到300公里以上，同時(shí)還實(shí)現了多個(gè)節點(diǎn)之間的抵御黑客攻擊的量子密鑰分發(fā)，這些都將為研發(fā)新一代更安全魯棒的量子通信系統奠定基礎。同時(shí)，在固態(tài)量子存儲、高容錯量子密鑰分發(fā)、多方量子通信等方面都產(chǎn)生了一系列喜人的成果。在量子通信的關(guān)鍵器件研究上，也成功實(shí)現了世界上最快的68Gbps的量子隨機數發(fā)生器和室溫條件下性能最優(yōu)的上轉換單光子探測器等。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：現在的量子通信必須借助類(lèi)似光纖的載體么?

　　趙勇：不是必須的，在自由空間中也可以實(shí)現量子通信。如果這個(gè)問(wèn)題是想問(wèn)量子通信是否可以不需要信息或者物理實(shí)體的傳遞，答案則是相反的。量子通信必須借助于載體。即便使用糾纏效應，也需要先進(jìn)行糾纏分發(fā)，仍然需要物理實(shí)體的傳遞。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：自由空間量子通信極限距離是多少?

　　趙勇：自由空間量子通信的極限距離需要對應到實(shí)際的空間環(huán)境條件，比如說(shuō)地面大氣條件下，衰減比較大，可能只能傳輸10公里，而星地之間，由于外太空處于真空狀態(tài)，衰減較小，所以通信距離可以達到數百公里以上。我們一般采用允許的最大衰減來(lái)衡量，在保證通信速率的條件下，一般允許信道衰減可超過(guò)50分貝。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：量子保密基站是否具有技術(shù)可行性?

　　趙勇：量子通信網(wǎng)絡(luò )中的量子集控站，類(lèi)似于傳統的通信基站。集控站中包括光量子交換機、量子通信服務(wù)器和量子密鑰分發(fā)終端。利用多個(gè)量子集控站組成多種網(wǎng)絡(luò )拓撲，可以提高組網(wǎng)的靈活性和穩定性，能方便地對量子通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行擴展，擴大量子通信網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面積，大大擴展通信距離。目前，量子集控站技術(shù)已經(jīng)相當成熟，例如已建成的“合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)”和“濟南量子通信試驗網(wǎng)”，都是基于該技術(shù)搭建的多用戶(hù)量子通信網(wǎng)絡(luò )。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：能實(shí)現像手機那樣的無(wú)線(xiàn)應用嗎?

　　趙勇：量子信號的無(wú)線(xiàn)傳播(自由空間傳播)是可能的，但是在光的頻譜上，這種傳輸定向性強，越障能力差，因此并不適合做無(wú)線(xiàn)基站這樣的應用。在微波頻段上實(shí)現量子信號的調制和探測理論上也是可能的，但是由于量子態(tài)不可復制，因此對于接收者來(lái)說(shuō)，非定向的傳播信道是一個(gè)損耗極高的信道。這限制了量子通信的距離。因此，量子通信無(wú)線(xiàn)基站的技術(shù)可行性是不大的，而量子通信無(wú)線(xiàn)熱點(diǎn)的技術(shù)可行性還是有的。

　　目前，基于手機通過(guò)數據線(xiàn)、存儲卡的方式，連接量子通信終端，獲取量子密鑰，并用之完成數據加密、認證，保護手機的信息安全的做法，使手機能夠接入量子通信網(wǎng)絡(luò )是可行的，但也需要對手機進(jìn)行適應性改造，科大國盾量子已經(jīng)在這方面有了一定的技術(shù)積累。

　　但目前量子通信網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍與現有手機3G/4G網(wǎng)絡(luò )相比還有較大差距，相信隨著(zhù)量子通信網(wǎng)絡(luò )相關(guān)基礎設施的建設和完善，量子通信手機一定會(huì )應用于平常百姓家。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：量子通信能連接便攜式筆記本、平板電腦能么?

　　趙勇：類(lèi)似便攜式筆記本、平板電腦，通過(guò)有線(xiàn)的方式移動(dòng)接入固網(wǎng)來(lái)實(shí)現移動(dòng)應用則是完全可行的。如果用戶(hù)樂(lè )意在手機上增加光接口，手機也可以用這種方式實(shí)現量子通信的移動(dòng)應用。這比無(wú)線(xiàn)熱點(diǎn)更加可行。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：國盾量子有安全網(wǎng)關(guān)、量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò )密碼機、量子交換機、量子網(wǎng)絡(luò )站控設備、量子信號接收機等一系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的特殊之處在哪?

　　趙勇：這些產(chǎn)品都是針對量子通信而專(zhuān)門(mén)設計開(kāi)發(fā)的，涉及量子密鑰分發(fā)、量子通信網(wǎng)絡(luò )、量子保密通信等方面。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：能具體介紹下么?

　　趙勇：量子信號接收機為單光子探測器，用于配合量子信號發(fā)射機實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的量子密鑰分發(fā)(QKD)。除了用于量子通信之外，單光子探測器還在量子成像、激光測距、激光雷達等領(lǐng)域有諸多應用。

　　光量子交換機，用于多個(gè)QKD終端設備間量子信道的搭建，是量子通信網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現量子信道共享的設備，位于網(wǎng)絡(luò )拓撲的匯聚節點(diǎn)，集中管理網(wǎng)絡(luò )信道資源。

　　量子網(wǎng)絡(luò )站控設備，即量子集控站，由光量子交換機、量子通信服務(wù)器和量子密鑰分發(fā)終端組成。利用多個(gè)量子集控站組成多種網(wǎng)絡(luò )拓撲，可以提高組網(wǎng)的靈活性和穩定性，能方便地對量子通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行擴展，擴大量子通信網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面積，大大擴展通信距離。已建成的“合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)”和“濟南量子通信試驗網(wǎng)”，都是基于量子集控站實(shí)現的多用戶(hù)量子通信網(wǎng)絡(luò )。

　　量子安全網(wǎng)關(guān)，是量子通信網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)的核心設備，集成了量子密鑰分發(fā)與管理和數據加解密的功能，內部集成有光源、探測器和電子學(xué)板卡，能夠實(shí)現普通電話(huà)、傳真、IP電話(huà)、視頻會(huì )議及文件傳輸等的應用接入，對語(yǔ)音、視頻、數據等使用量子密鑰進(jìn)行高安全保密通信。

40M量子網(wǎng)關(guān)

　　量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò )密碼機，是國內商用密碼領(lǐng)域首款量子密碼機，該產(chǎn)品創(chuàng )新性地將量子密鑰分發(fā)技術(shù)與傳統商用密碼技術(shù)有效融合，可實(shí)現大容量、高性能的網(wǎng)絡(luò )數據加密傳輸。相比傳統網(wǎng)絡(luò )安全設備，該產(chǎn)品不僅確保了敏感的密鑰分發(fā)過(guò)程的安全性，而且密鑰更新速度更快、業(yè)務(wù)密鑰生命周期更短，從而使系統的安全性得以大幅提升，滿(mǎn)足了各種基于網(wǎng)絡(luò )的應用系統對信息安全的需求。

量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò )密碼機

　　觀(guān)察者網(wǎng)：國盾量子安全網(wǎng)關(guān)和量子交換機相對于普通的網(wǎng)關(guān)、交換機有什么區別和優(yōu)勢?

　　趙勇：如前面所講，量子安全網(wǎng)關(guān)和光量子交換機都是針對量子通信而專(zhuān)門(mén)設計開(kāi)發(fā)的。量子安全網(wǎng)關(guān)能夠與另一臺量子安全網(wǎng)關(guān)配合生成量子密鑰，并使用量子密鑰對普通電話(huà)、傳真、IP電話(huà)、視頻會(huì )議及文件傳輸等接入應用進(jìn)行高安全保密傳輸;光量子交換機用于集中管理量子信道資源。這些功能都是普通的網(wǎng)關(guān)、交換機所不具備的。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：國盾量子產(chǎn)品的主要客戶(hù)是?有面向民間市場(chǎng)的產(chǎn)品線(xiàn)么?

　　趙勇：主要客戶(hù)包括高校、銀行、電力、政務(wù)及國家安全相關(guān)單位等。如果是指普通大眾的話(huà)，暫無(wú)面向民間市場(chǎng)的產(chǎn)品。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：量子通信設備價(jià)格貴么?大規模民用前景如何?

　　趙勇：作為高科技產(chǎn)品，量子通信設備在定價(jià)上綜合考慮了開(kāi)發(fā)成本、市場(chǎng)需求、客戶(hù)特殊要求等因素;從目前的市場(chǎng)反饋來(lái)看，認為目前的價(jià)格是合理和可接受的。隨著(zhù)技術(shù)提高、設備小型化、應用多樣化的發(fā)展，以及在金融、政務(wù)甚至互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的應用推動(dòng)，必將使量子通信技術(shù)逐步服務(wù)于普通老百姓。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：量子通信是否會(huì )對經(jīng)典通信造成顛覆?量子通信產(chǎn)業(yè)成熟壯大是否會(huì )對華為、中興等通信廠(chǎng)商造成沖擊?

　　趙勇：量子通信無(wú)論采取何種方式實(shí)現，都必不可少地需要經(jīng)典通信技術(shù)的參與，與經(jīng)典通信技術(shù)并不是矛盾的，因此不存在顛覆一說(shuō)。同樣，隨著(zhù)量子通信產(chǎn)業(yè)的日趨成熟，相信會(huì )吸引更多傳統通信廠(chǎng)商的關(guān)注，對于量子通信設備制造商而言，市場(chǎng)上會(huì )出現更多的與這些通信廠(chǎng)商的合作機會(huì )，而不是沖擊。我們已經(jīng)成立了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：量子通信網(wǎng)絡(luò )設備采用量子處理器?還是依舊采用現有的CPU?

　　趙勇：目前，科大國盾量子所開(kāi)發(fā)的量子通信終端設備中，采用完全自主設計的FPGA邏輯器件，具有硬件架構、無(wú)后門(mén)、處理速度快等特點(diǎn)，相比CPU具有更高的安全性。

　　觀(guān)察者網(wǎng)：據說(shuō)國盾量子曾找過(guò)龍芯合作，能說(shuō)說(shuō)原因和合作的內容么?

　　趙勇：因為量子要與傳統通信相結合，而自主可控的通信系統也要體現在量子和非量子上，與龍芯探討的合作就是這么一個(gè)背景，期待我們展開(kāi)實(shí)質(zhì)性的合作。