中國欲打造全球量子通信網(wǎng)絡(luò) 研究進(jìn)展順利

　　ICCSZ訊 無論是美國還是歐盟，企業(yè)家還是科學(xué)家，都對量子計算寄予厚望。歐盟在今年4月份剛宣布了10億歐元的量子項目。谷歌以及微軟等公司也在高調(diào)宣布投入量子計算。

　　對于中國來說，與許多前沿技術(shù)處于落后狀態(tài)不同的是，在量子通信領(lǐng)域，中國處于世界領(lǐng)先位置。

　　目前，中國已斥資在部分城市建立量子通信網(wǎng)，并且正在修建上千公里的量子通信“京滬干線”，今年7月份，還要發(fā)射量子通信衛(wèi)星。

　　簡單來說，量子通信就是根據(jù)量子物理原理，提供一種全新方式對信息進(jìn)行編碼、存儲、傳輸和邏輯操作，并對光子、原子等微觀粒子進(jìn)行精確操縱，以確保通信安全和提升計算速度等。

　　量子通信雖然不可能真的超光速，但其優(yōu)勢足以讓人類向往：通信更快，更加安全。信息安全是人類的剛需，量子通信理論上具有“無懈可擊”“無條件安全”的優(yōu)勢，在軍事、金融和個人私密方面意義重大。

　　中國欲打造全球量子通信網(wǎng)絡(luò)

　　“傳統(tǒng)的通信加密和傳輸安全，都是依賴于復(fù)雜的算法。”中國科協(xié)副主席的量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉介紹。

　　但是隨著計算能力的增加，在某種程度上，復(fù)雜的算法，肯定是會被破解的。而量子通信利用基于物理學(xué)的基本原理，利用微光世界的最小單元，在原理上將實現(xiàn)不會被破解的奇跡。

　　今年46歲的潘建偉是國內(nèi)量子通信的領(lǐng)軍人物，浙江東陽人。2004年，其團(tuán)隊在國際上首次實現(xiàn)了五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸，這一成果被《自然》雜志發(fā)表，并同時入選英國物理學(xué)會和美國物理學(xué)會評選出的年度國際物理學(xué)重大進(jìn)展。

　　此外，潘建偉的團(tuán)隊于2007年在國際上首次實現(xiàn)了安全通信距離超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā)，2008年實現(xiàn)了國際上首個全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，2012年建成首個規(guī)模化量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　量子具有疊加性，即根據(jù)量子比特的物理性質(zhì)，科學(xué)家們可以做到傳統(tǒng)芯片上晶體管用電流完成的事——也就是用0和1的二進(jìn)制來表示信息。但量子比特的特殊之處在于，它能夠呈現(xiàn)疊加狀態(tài)，能同時表示0和1，處于疊加態(tài)的量子比特能以一種叫做量子糾纏的現(xiàn)象相互聯(lián)系，簡單來說，就是一個量子比特的行為能瞬間影響到另一個量子比特。

　　圖片來自“知識分子”公眾號。

　　量子通信還有更神奇之處，理論上，甚至可以傳送物質(zhì)。潘建偉在一次演講中舉了一個例子。他說，如果自己在上海的航班延誤了，但要在幾分鐘之內(nèi)到北京，怎么辦?坐飛機(jī)肯定不行了，但是如果說北京和上海之間有他的兩團(tuán)糾纏物質(zhì)的話，就可以對上海的這個潘建偉和旁邊這種糾纏物質(zhì)進(jìn)行一種測量，把它都變成一個個糾纏粒子，那么我們會得到一組數(shù)，通過無線電臺可以把它發(fā)射到北京。到了北京之后，可以對這團(tuán)物質(zhì)再做一種所謂的幺正變換，就可以用同樣多的物質(zhì)把它給重構(gòu)出來。

　　圖片來自“知識分子”公眾號。

　　回到現(xiàn)實，如果，能制造出100個粒子相關(guān)操縱的量子計算機(jī)，在某些問題方面的處理能力將會比目前最快的超級計算機(jī)“天河二號”還快百億億倍。

　　有了這臺計算機(jī)，我們的計算能力能增強(qiáng)多少?潘建偉也舉了個例子：要求解一個10的24次方的變量的線性方程組，用目前最快的天河2號超級計算機(jī)大概需要100年左右的時間。而利用萬億次的量子計算機(jī)，盡管計算的頻率比天河2號要慢1萬倍，但它只需要0.01秒就可以把這個方程給求解出來。所以它可以廣泛地應(yīng)用于藥物設(shè)計、金融分析、氣象預(yù)報、密碼分析等等，用途是比較大的。

　　基于量子的這些特性，潘建偉團(tuán)隊希望通過量子通信研究，從初步實現(xiàn)局域量子通信網(wǎng)絡(luò)，到實現(xiàn)多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò)，以保證信息傳輸?shù)慕^對安全;通過量子計算研究，為大規(guī)模計算難題提供解決方案，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代信息的有效挖掘;通過量子精密測量研究，實現(xiàn)新一代定位導(dǎo)航等等。

　　圖片來自“知識分子”公眾號。

　　“京滬干線”預(yù)計今年下半年交付

　　目前，國內(nèi)量子通信的研究進(jìn)展順利。今年7月，由中國科大、中科院上海技術(shù)物理研究所、中科院上海微小衛(wèi)星工程中心、中科院成都光電技術(shù)研究所等單位聯(lián)合研制的“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”將進(jìn)行發(fā)射。這顆衛(wèi)星，將在全球率先實現(xiàn)高速星地量子通信，連接地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　同時，國家發(fā)改委還在籌建“京滬干線”項目，用于國防安全的研究。目前，預(yù)計大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)工程將于2016年下半年交付。“京滬干線”總長2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過河南、合肥，到達(dá)上海。利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，京滬兩地的金融、政務(wù)等機(jī)構(gòu)能進(jìn)行保密通信。建成后，可以幫助國內(nèi)構(gòu)建可信、可擴(kuò)展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，建成大尺度量子通信技術(shù)驗證、應(yīng)用研究和應(yīng)用示范平臺。

　　“量子通信和量子計算都是屬于量子調(diào)控技術(shù)范圍。”潘建偉說，“目前，全世界計算機(jī)的計算能力都非常弱。”

　　潘建偉預(yù)測，不到十年左右的時間，他們就能夠造出一種專用的量子計算機(jī)或者叫做量子模擬機(jī)，在某些計算能力上要比目前最快的傳統(tǒng)計算機(jī)快百億倍甚至更多。