從中國科學院獲悉，中國首顆量子科學實驗衛星已經運抵酒泉，將于8月中下旬擇機發射。
據悉，量子衛星成功運行后，中國將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信。據中科院物理所人士介紹，量子科學實驗衛星旨在構建一個天地一體化的量子保密通信與實驗網絡。
為什么要建設天地一體化的量子通信網絡？專家解釋說，因為它是信息安全問題的完美解決方案。傳統的通信方式無非是在傳輸介質和加密數據上下工夫。但是，這類傳統的數字計算加密方法都是可以破譯的，只是時間長短而已。
技術革命，國家名片
我國量子通信領域的成就舉世矚目,南科大、北清華領先的研發團隊,在量子通信與量子計算領域已頗有建樹,而京滬干線、滬杭線、包括政務骨干網的建設陸續落地,材料的突破與量子衛星的突破將成為又一標志性事件。
目前我們所說的量子通信是狹義上的量子密鑰通信,即通過量子糾纏手段實現密鑰的高保密傳遞,密文本身仍然通過經典信道傳送。是迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。古人在信封上用火漆封口,信件一旦在運輸途中被拆開,便會留下“泄密”的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底:一旦有人試圖打開信件,量子密鑰會讓信件自動銷毀,并讓使用者獲知情況。因此,量子通信不可以被竊聽,不可以被復制,理論上“絕對安全”。
量子通信的特點自然使得它首先成為國家安全、軍事方面的寵兒,然后再由軍事應用向其他民用產業方向擴展。量子通信主要包括如下的四種模式:量子密鑰分配(QKD,quantumkeydistribution),量子隱形傳態(quantumteleportation),量子機密共享(quantumsecretsharing)和量子安全直接通信(quantumsecuredirectcommunication)。目前可以生產和商用的是量子密鑰分配模式的量子保密通信網絡。
目前我們所說的量子通信是狹義上的量子通信,即通過量子糾纏手段實現密鑰的高保密傳遞,密文本身仍然通過經典信道傳送,主要載體是光纖。
要了解密鑰的量子傳送,首先要了解量子糾纏狀態。量子糾纏:一對處于量子糾纏態的粒子,其自旋狀態必然相反。一旦其中一個被觀測而確定狀態,另一個的狀態也就隨之確定(稱為糾纏坍塌)。比如我發一組信息給你,有人在竊聽,截取了這個消息。他如果不想暴露,就必須復制一模一樣的數據給你,但根據量子態不可克隆原理,他發出來的信息大部分都是錯的。當你接受到數據之后,我和你會公布一小部分數據,看看是否一致,如果錯誤率較高則證明有竊聽者。量子通信的數據載體是經過偏振編碼的光,基本的通信協議是bb84編碼。
量子通信是迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。量子通信與傳統通信技術相比,具有如下主要特點和優勢:(1)具有極高的安全性和保密性,不可克隆,沒有電磁輻射,無法被無線監聽或探測;(2)量子通信的線路時延近乎為零,量子信道的信息效率相對于經典信道量子的信息效率高幾十倍;(3)抗干擾性能強,傳輸能力強,量子通信與傳播媒介無關,傳輸不會被任何障礙阻隔,量子隱形傳態通信還能穿越大氣層,既可在太空中通信,又可在海底通信,還可在光纖等介質中通信。
科大牽頭，世界領先
就我國科技發展水平而言,量子通信的發展在世界處于領先水平,尤其以潘建偉院士帶頭的科大系團隊,在國際上與之比肩或差距較小的團隊少之又少。今年一月份的國家技術進步大獎也說明國內科技界對量子通信領域研究成果的重視。
而在我國,量子領域的建樹頻頻,清華大學教授姚期智牽頭進行的量子計算的研究也在2000年獲得圖靈獎,有計算機界諾貝爾之稱,而此次科大系潘建偉院士的成就也被譽為年度物理學界頂尖成果。
目前我國已將以量子通信系統為核心的量子調控技術列入了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》中重大研究計劃。我國從2001年開始,在科技部“973”計劃、“863”計劃、國家自然科學基金重點項目、中科院知識創新工程重大項目的前瞻性支持下,量子通信科研方面取得了許多重要研究成果。
在不需要中繼的情況下,我國的量子通信技術可以在200多公里的距離上保證通信安全。在這一層面,我國是在世界上領先的。這項技術應用到實際層面上,安全距離可達100多公里,我國與美國、歐洲、日本等科技發達國家水平相當乃至超越。
產業應用，夢想照進現實
就產業應用而言,量子通信早已不是實驗室的概念,在科大所在地安徽省,早在2010年在蕪湖就建立了世界首個量子城域政務網,并涵蓋了蕪湖電子政務、金融信息量子通信試驗網,包括保密聲音、圖像、文件、動態視頻的絕對安全通信。之后合肥城域網、工行城域網、濟南城域網、杭州城域網等一系列的城域網及行業量子通信網建設從實踐領域拓展了量子通信的應用范圍。
在目前的量子通信網絡建設而言,所有核心器件都已經實現了國產化,實現了我國在該領域的彎道超車。
國際翹楚，風口浪尖
京滬干線大概率明年交付,突破了量子通信遠距離傳輸的障礙,在途設置傳輸中繼,盡量避免因信號衰減造成了失真問題,并采用量子通信技術進行通信保障,國家核心安全數據和金融數據的傳輸將首先得到保證。
G20峰會的主題之一將無可避免的落到反恐及國家安全方面,“絕對安全”的量子通信技術或被提及進而引發資本市場的關注。“十三五”將量子通信發展放到了非常重要的戰略位置,國際以及國內的形勢以及政策,都把量子通信技術推到了風口浪尖。
今年用于科研測試的第一顆量子衛星即將發射,其價值不亞于第一次發射“北斗”衛星。“北斗”衛星使得我國突破了導航以及無線通信的國外封鎖,量子衛星的發射的意義不是“突破”國外技術封鎖,而是引領國際通信安全的潮流。
