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(yàn)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(xiàng)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(dú)樹一幟，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(jī)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(duì)實(shí)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?yàn)?A href="http://huaquanjd.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(jì)算實(shí)用化之后。這時(shí)，作為計(jì)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(shí)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(duì)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(shí)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(yàn)示范網(wǎng)”建成，該網(wǎng)絡(luò)包括46個(gè)節(jié)點(diǎn)，是當(dāng)時(shí)世界上首個(gè)規(guī)模化量子通信網(wǎng)絡(luò);2013年，“濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)”建成，該網(wǎng)絡(luò)包括56個(gè)節(jié)點(diǎn)、90多個(gè)用戶，面向完全承載實(shí)際應(yīng)用、量子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)，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(xiàng)目，計(jì)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(gè)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(gè)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(bào)道的已經(jīng)建成的有合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)、覆蓋濟(jì)南市城區(qū)的濟(jì)南量子通信試驗(yàn)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(yàn)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(dòng)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(jī)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(shí)，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(jì)算實(shí)驗(yàn)室，簽署“共同推動(dòng)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(shí)用化的量子計(jì)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(duì)實(shí)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(xiàng)重大突破之首，這一研究成果為發(fā)展可擴(kuò)展的量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)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(kuò)展到200公里以上，而且根據(jù)最新的研究成果，通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，完全可以使距離擴(kuò)展到300公里以上，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了多個(gè)節(jié)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(tǒng)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，在固態(tài)量子存儲、高容錯(cuò)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(xiàn)了世界上最快的68Gbps的量子隨機(jī)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(shí)現(xiàn)量子通信。如果這個(gè)問題是想問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(yīng)，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(shí)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(jī)、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?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(kuò)展，擴(kuò)大量子通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積，大大擴(kuò)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(yàn)示范網(wǎng)”和“濟(jì)南量子通信試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)像手機(jī)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(qiáng)，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(shí)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(gè)損耗極高的信道。這限制了量子通信的距離。因此，量子通信無線基站的技術(shù)可行性是不大的，而量子通信無線熱點(diǎn)的技術(shù)可行性還是有的。

　　目前，基于手機(jī)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(jī)的信息安全的做法，使手機(jī)能夠接入量子通信網(wǎng)絡(luò)是可行的，但也需要對手機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)接入固網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用則是完全可行的。如果用戶樂意在手機(jī)上增加光接口，手機(jī)也可以用這種方式實(shí)現(xiàn)量子通信的移動(dòng)應(yīng)用。這比無線熱點(diǎn)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(jī)、量子交換機(jī)、量子網(wǎng)絡(luò)站控設(shè)備、量子信號接收機(jī)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(jì)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(jī)為單光子探測器，用于配合量子信號發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)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(dá)等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。

　　光量子交換機(jī)，用于多個(gè)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(shí)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(diǎn)，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(jī)、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?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(kuò)展，擴(kuò)大量子通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積，大大擴(kuò)展通信距離。已建成的“合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)”和“濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)”，都是基于量子集控站實(shí)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(jī)，是國內(nèi)商用密碼領(lǐng)域首款量子密碼機(jī)，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(shí)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(jī)

　　觀察者網(wǎng)：國盾量子安全網(wǎng)關(guān)和量子交換機(jī)相對于普通的網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)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(jī)都是針對量子通信而專門設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)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(jià)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(jià)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(jià)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(dòng)，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(shí)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(jī)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(jì)的FPGA邏輯器件，具有硬件架構(gòu)、無后門、處理速度快等特點(diǎn)，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?yàn)榱孔右c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(gè)背景，期待我們展開實(shí)質(zhì)性的合作。