中國終于也有了黑科技：量子通信產業(yè)化已超美國

　　ICCSZ訊 2015年，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學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年度國際物理學領域的十項重大突破榜首。英國物理學會(Institute of Physics)新聞網站《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，在應用上做得怎樣了?日前，觀察者網專訪了科大國盾量子總裁趙勇，解讀中國量子通信產業(yè)化的最新進展。

　　中國科學技術大學在量子信息技術領域獨樹一幟，科研實力在國際上處于前列，被美國列為重點關注的量子技術研究機構?？拼髧芰孔?原安徽量子通信技術有限公司)是以潘建偉院士團隊實用化量子通信技術為基礎，由中國科學技術大學發(fā)起組建的中國第一家從事量子信息技術產業(yè)化的企業(yè)。雖然在量子通信技術上中美并駕齊驅，但量子通信產業(yè)化方面中國已經走在美國的前列，并在國防、金融等領域鋪開。

　　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：量子通信相對于經典通信有什么優(yōu)勢?

　　趙勇：量子通信相比于經典通信最大的優(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。糾纏的遠距離關聯(lián)往往被誤認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：中國量子通信產業(yè)發(fā)展現狀如何?

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

　　觀察者網：在產業(yè)化方面和美國相比孰優(yōu)孰劣?

　　趙勇：在量子通信產業(yè)化及相關應用技術方面，我們已經走在了美國的前面。舉例來說，2011年，“合肥城域量子通信試驗示范網”建成，該網絡包括46個節(jié)點，是當時世界上首個規(guī)?；?A href="http://getprofitprime.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">量子通信網絡;2013年，“濟南量子通信試驗網”建成，該網絡包括56個節(jié)點、90多個用戶，面向完全承載實際應用、量子網絡運維和優(yōu)質的用戶體驗，是目前世界上最大的城域量子通信網絡;目前在建的“京滬干線”項目，計劃于2016年底建成連接北京、濟南、合肥、上海等城域網絡且全長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，中國在量子通信產業(yè)化方面，正在國際上擔當 “領跑者”的角色。

　　觀察者網：能談幾個具體應用的例子么?

　　趙勇：現在量子通信技術應用最典型的例子就是建設量子通信網絡，目前報道的已經建成的有合肥城域量子通信試驗示范網、覆蓋濟南市城區(qū)的濟南量子通信試驗網還有蕪湖網，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，即將建成的城域網還包括北京城域量子通信網和上海陸家嘴金融量子保密通信應用示范網等。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、政務等方面的應用。比如它包含了網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和災備應用等。

　　我們在山東建立的量子關鍵器件研發(fā)平臺，其中周期極化鈮酸鋰波導的成功研制，標志著我國成為世界第三家完全掌握了基于逆向質子交換波導研制技術的國家，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品。同時，我們正在上海建設金融量子通信網和管控中心、大數據服務中心等;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研發(fā)及應用的戰(zhàn)略合作協(xié)議”，探索實用化的量子計算技術等。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“中國量子通信產業(yè)聯(lián)盟”，我國的量子通信產業(yè)進入了新的發(fā)展階段。

　　觀察者網：中國量子通信有哪些最新的技術突破?

　　趙勇：今年在量子通信方面有許多優(yōu)秀的技術成果，比如今年年初中科大潘建偉院士團隊實現的“多自由度量子隱形傳態(tài)”研究，剛剛被評為2015年度國際物理學領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絡技術奠定了堅實的基礎;在抵御黑客攻擊的遠程量子密鑰分發(fā)研發(fā)方面，將安全距離進一步擴展到200公里以上，而且根據最新的研究成果，通過實驗系統(tǒng)的進一步優(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。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生了一系列喜人的成果。在量子通信的關鍵器件研究上，也成功實現了世界上最快的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。

　　觀察者網：現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，也需要先進行糾纏分發(fā)，仍然需要物理實體的傳遞。

　　觀察者網：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到數百公里以上。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：量子保密基站是否具有技術可行性?

　　趙勇：量子通信網絡中的量子集控站，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絡拓撲，可以提高組網的靈活性和穩(wěn)定性，能方便地對量子通信網絡進行擴展，擴大量子通信網絡的覆蓋面積，大大擴展通信距離。目前，量子集控站技術已經相當成熟，例如已建成的“合肥城域量子通信試驗示范網”和“濟南量子通信試驗網”，都是基于該技術搭建的多用戶量子通信網絡。

　　觀察者網：能實現像手機那樣的無線應用嗎?

　　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用。在微波頻段上實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可行性是不大的，而量子通信無線熱點的技術可行性還是有的。

　　目前，基于手機通過數據線、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絡是可行的，但也需要對手機進行適應性改造，科大國盾量子已經在這方面有了一定的技術積累。

　　但目前量子通信網絡的覆蓋范圍與現有手機3G/4G網絡相比還有較大差距，相信隨著量子通信網絡相關基礎設施的建設和完善，量子通信手機一定會應用于平常百姓家。

　　觀察者網：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來實現移動應用則是完全可行的。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量子通信的移動應用。這比無線熱點更加可行。

　　觀察者網：國盾量子有安全網關、量子密鑰分發(fā)網絡密碼機、量子交換機、量子網絡站控設備、量子信號接收機等一系列產品，這些產品的特殊之處在哪?

　　趙勇：這些產品都是針對量子通信而專門設計開發(fā)的，涉及量子密鑰分發(fā)、量子通信網絡、量子保密通信等方面。

　　觀察者網：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、激光雷達等領域有諸多應用。

　　光量子交換機，用于多個QKD終端設備間量子信道的搭建，是量子通信網絡中實現量子信道共享的設備，位于網絡拓撲的匯聚節(jié)點，集中管理網絡信道資源。

　　量子網絡站控設備，即量子集控站，由光量子交換機、量子通信服務器和量子密鑰分發(fā)終端組成。利用多個量子集控站組成多種網絡拓撲，可以提高組網的靈活性和穩(wěn)定性，能方便地對量子通信網絡進行擴展，擴大量子通信網絡的覆蓋面積，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”和“濟南量子通信試驗網”，都是基于量子集控站實現的多用戶量子通信網絡。

　　量子安全網關，是量子通信網絡組網的核心設備，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、探測器和電子學板卡，能夠實現普通電話、傳真、IP電話、視頻會議及文件傳輸等的應用接入，對語音、視頻、數據等使用量子密鑰進行高安全保密通信。

40M量子網關

　　量子密鑰分發(fā)網絡密碼機，是國內商用密碼領域首款量子密碼機，該產品創(chuàng)新性地將量子密鑰分發(fā)技術與傳統(tǒng)商用密碼技術有效融合，可實現大容量、高性能的網絡數據加密傳輸。相比傳統(tǒng)網絡安全設備，該產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，滿足了各種基于網絡的應用系統(tǒng)對信息安全的需求。

量子密鑰分發(fā)網絡密碼機

　　觀察者網：國盾量子安全網關和量子交換機相對于普通的網關、交換機有什么區(qū)別和優(yōu)勢?

　　趙勇：如前面所講，量子安全網關和光量子交換機都是針對量子通信而專門設計開發(fā)的。量子安全網關能夠與另一臺量子安全網關配合生成量子密鑰，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等接入應用進行高安全保密傳輸;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關、交換機所不具備的。

　　觀察者網：國盾量子產品的主要客戶是?有面向民間市場的產品線么?

　　趙勇：主要客戶包括高校、銀行、電力、政務及國家安全相關單位等。如果是指普通大眾的話，暫無面向民間市場的產品。

　　觀察者網：量子通信設備價格貴么?大規(guī)模民用前景如何?

　　趙勇：作為高科技產品，量子通信設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，認為目前的價格是合理和可接受的。隨著技術提高、設備小型化、應用多樣化的發(fā)展，以及在金融、政務甚至互聯(lián)網等領域的應用推動，必將使量子通信技術逐步服務于普通老百姓。

　　觀察者網：量子通信是否會對經典通信造成顛覆?量子通信產業(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，都必不可少地需要經典通信技術的參與，與經典通信技術并不是矛盾的，因此不存在顛覆一說。同樣，隨著量子通信產業(yè)的日趨成熟，相信會吸引更多傳統(tǒng)通信廠商的關注，對于量子通信設備制造商而言，市場上會出現更多的與這些通信廠商的合作機會，而不是沖擊。我們已經成立了產業(yè)聯(lián)盟。

　　觀察者網：量子通信網絡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：據說國盾量子曾找過龍芯合作，能說說原因和合作的內容么?

　　趙勇：因為量子要與傳統(tǒng)通信相結合，而自主可控的通信系統(tǒng)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背景，期待我們展開實質性的合作。