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)國家實驗室潘建偉院士、陸朝陽教授等完成的“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(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。那么，如此高大上的黑科技，在應(yīng)用上做得怎樣了?日前，觀察者網(wǎng)專訪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)域獨樹一幟，科研實力在國際上處于前列，被美國列為重點關(guān)注的量子技術(shù)研究機構(gòu)?？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(tuán)隊實用化量子通信技術(shù)為基礎(chǔ)，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(qū)，但量子通信產(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。

　　以下為對科大國盾量子總裁趙勇的專訪：

陸朝陽(左)和潘建偉(右)

　　觀察者網(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于算法的復(fù)雜度，它具有無條件安全性。

　　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用化之后。這時，作為計算的遠(yuǎn)程輸入，使用量子疊加態(tài)將具有巨大的優(yōu)勢。

　　目前我覺得量子通信在其他方面優(yōu)勢不明顯。糾纏的遠(yuǎn)距離關(guān)聯(lián)往往被誤認(rèn)為可以用來超光速通信，或者說無信號的信息傳遞。實際上，即便使用糾纏，量子通信不具備這些能力。

　　觀察者網(wǎng)：中國量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)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(xiàn)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(tuán)隊也比較龐大。目前在中國已建成的大規(guī)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(yīng)用的卓越分中心，關(guān)于量子通信產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也正在研究制定中。未來隨著更大規(guī)模實用化量子通信網(wǎng)絡(luò)和量子通信衛(wèi)星的成功啟用，量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展將開啟嶄新的篇章。

　　觀察者網(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(yīng)用技術(shù)方面，我們已經(jīng)走在了美國的前面。舉例來說，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個節(jié)點，是當(dāng)時世界上首個規(guī)?；?A href="http://3xchallenge.com/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(jì)南量子通信試驗網(wǎng)”建成，該網(wǎng)絡(luò)包括56個節(jié)點、90多個用戶，面向完全承載實際應(yīng)用、量子網(wǎng)絡(luò)運維和優(yōu)質(zhì)的用戶體驗，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”項目，計劃于2016年底建成連接北京、濟(jì)南、合肥、上海等城域網(wǎng)絡(luò)且全長2000多公里的量子保密通信線路，其將成為全球首個也是距離最遠(yuǎn)的廣域光纖量子保密通信骨干線路?？梢哉f，中國在量子通信產(chǎn)業(yè)化方面，正在國際上擔(dān)當(dāng) “領(lǐng)跑者”的角色。

　　觀察者網(wǎng)：能談幾個具體應(yīng)用的例子么?

　　趙勇：現(xiàn)在量子通信技術(shù)應(yīng)用最典型的例子就是建設(shè)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(jì)南市城區(qū)的濟(jì)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(yīng)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”將主要是推動金融、政務(wù)等方面的應(yīng)用。比如它包含了網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程災(zāi)備應(yīng)用、金融機構(gòu)信息數(shù)據(jù)的采集應(yīng)用、金融信息交易應(yīng)用以及銀行同城數(shù)據(jù)生產(chǎn)和災(zāi)備應(yīng)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(dǎo)的成功研制，標(biāo)志著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(dǎo)研制技術(shù)的國家，這也是國內(nèi)第一家，基于此波導(dǎo)又成功研發(fā)了世界第一款上轉(zhuǎn)換單光子探測器商用產(chǎn)品。同時，我們正在上海建設(shè)金融量子通信網(wǎng)和管控中心、大數(shù)據(jù)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驗室，簽署“共同推動量子信息技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用的戰(zhàn)略合作協(xié)議”，探索實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(tuán)隊實現(xiàn)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)奠定了堅實的基礎(chǔ);在抵御黑客攻擊的遠(yuǎn)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(jù)最新的研究成果，通過實驗系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，完全可以使距離擴展到300公里以上，同時還實現(xiàn)了多個節(jié)點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(tǒng)奠定基礎(chǔ)。同時，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，也成功實現(xiàn)了世界上最快的68Gbps的量子隨機數(shù)發(fā)生器和室溫條件下性能最優(yōu)的上轉(zhuǎn)換單光子探測器等。

　　觀察者網(wǎng)：現(xiàn)在的量子通信必須借助類似光纖的載體么?

　　趙勇：不是必須的，在自由空間中也可以實現(xiàn)量子通信。如果這個問題是想問量子通信是否可以不需要信息或者物理實體的傳遞，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(yīng)，也需要先進(jìn)行糾纏分發(fā)，仍然需要物理實體的傳遞。

　　觀察者網(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(yīng)到實際的空間環(huán)境條件，比如說地面大氣條件下，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(dá)到數(shù)百公里以上。我們一般采用允許的最大衰減來衡量，在保證通信速率的條件下，一般允許信道衰減可超過50分貝。

　　觀察者網(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，類似于傳統(tǒng)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。利用多個量子集控站組成多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌梢蕴岣呓M網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)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(dāng)成熟，例如已建成的“合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)”和“濟(jì)南量子通信試驗網(wǎng)”，都是基于該技術(shù)搭建的多用戶量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　觀察者網(wǎng)：能實現(xiàn)像手機那樣的無線應(yīng)用嗎?

　　趙勇：量子信號的無線傳播(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，因此并不適合做無線基站這樣的應(yīng)用。在微波頻段上實現(xiàn)量子信號的調(diào)制和探測理論上也是可能的，但是由于量子態(tài)不可復(fù)制，因此對于接收者來說，非定向的傳播信道是一個損耗極高的信道。這限制了量子通信的距離。因此，量子通信無線基站的技術(shù)可行性是不大的，而量子通信無線熱點的技術(shù)可行性還是有的。

　　目前，基于手機通過數(shù)據(jù)線、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(shù)據(jù)加密、認(rèn)證，保護(hù)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(yīng)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(xiàn)有手機3G/4G網(wǎng)絡(luò)相比還有較大差距，相信隨著量子通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善，量子通信手機一定會應(yīng)用于平常百姓家。

　　觀察者網(wǎng)：量子通信能連接便攜式筆記本、平板電腦能么?

　　趙勇：類似便攜式筆記本、平板電腦，通過有線的方式移動接入固網(wǎng)來實現(xiàn)移動應(yīng)用則是完全可行的。如果用戶樂意在手機上增加光接口，手機也可以用這種方式實現(xiàn)量子通信的移動應(yīng)用。這比無線熱點更加可行。

　　觀察者網(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(shè)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門設(shè)計開發(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)射機實現(xiàn)點對點的量子密鑰分發(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(dá)等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。

　　光量子交換機，用于多個QKD終端設(shè)備間量子信道的搭建，是量子通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)量子信道共享的設(shè)備，位于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膮R聚節(jié)點，集中管理網(wǎng)絡(luò)信道資源。

　　量子網(wǎng)絡(luò)站控設(shè)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。利用多個量子集控站組成多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以提高組網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)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(jì)南量子通信試驗網(wǎng)”，都是基于量子集控站實現(xiàn)的多用戶量子通信網(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(shè)備，集成了量子密鑰分發(fā)與管理和數(shù)據(jù)加解密的功能，內(nèi)部集成有光源、探測器和電子學(xué)板卡，能夠?qū)崿F(xiàn)普通電話、傳真、IP電話、視頻會議及文件傳輸?shù)鹊膽?yīng)用接入，對語音、視頻、數(shù)據(jù)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(nèi)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(tǒng)商用密碼技術(shù)有效融合，可實現(xiàn)大容量、高性能的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密傳輸。相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，該產(chǎn)品不僅確保了敏感的密鑰分發(fā)過程的安全性，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(tǒng)的安全性得以大幅提升，滿足了各種基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)對信息安全的需求。

量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)密碼機

　　觀察者網(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(qū)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門設(shè)計開發(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、傳真、IP電話、視頻會議及文件傳輸?shù)冉尤霊?yīng)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。

　　觀察者網(wǎng)：國盾量子產(chǎn)品的主要客戶是?有面向民間市場的產(chǎn)品線么?

　　趙勇：主要客戶包括高校、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，暫無面向民間市場的產(chǎn)品。

　　觀察者網(wǎng)：量子通信設(shè)備價格貴么?大規(guī)模民用前景如何?

　　趙勇：作為高科技產(chǎn)品，量子通信設(shè)備在定價上綜合考慮了開發(fā)成本、市場需求、客戶特殊要求等因素;從目前的市場反饋來看，認(rèn)為目前的價格是合理和可接受的。隨著技術(shù)提高、設(shè)備小型化、應(yīng)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(yīng)用推動，必將使量子通信技術(shù)逐步服務(wù)于普通老百姓。

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

　　趙勇：量子通信無論采取何種方式實現(xiàn)，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。同樣，隨著量子通信產(chǎn)業(yè)的日趨成熟，相信會吸引更多傳統(tǒng)通信廠商的關(guān)注，對于量子通信設(shè)備制造商而言，市場上會出現(xiàn)更多的與這些通信廠商的合作機會，而不是沖擊。我們已經(jīng)成立了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

　　觀察者網(wǎng)：量子通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用量子處理器?還是依舊采用現(xiàn)有的CPU?

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

　　觀察者網(wǎng)：據(jù)說國盾量子曾找過龍芯合作，能說說原因和合作的內(nèi)容么?

　　趙勇：因為量子要與傳統(tǒng)通信相結(jié)合，而自主可控的通信系統(tǒng)也要體現(xiàn)在量子和非量子上，與龍芯探討的合作就是這么一個背景，期待我們展開實質(zhì)性的合作。