中國欲打造全球量子通信網(wǎng)絡 研究進展順利

　　ICCSZ訊 無論是美國還是歐盟，企業(yè)家還是科學家，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，與許多前沿技術處于落后狀態(tài)不同的是，在量子通信領域，中國處于世界領先位置。

　　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行編碼、存儲、傳輸和邏輯操作，并對光子、原子等微觀粒子進行精確操縱，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

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

　　但是隨著計算能力的增加，在某種程度上，復雜的算法，肯定是會被破解的。而量子通信利用基于物理學的基本原理，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)量子通信的領軍人物，浙江東陽人。2004年，其團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會和美國物理學會評選出的年度國際物理學重大進展。

　　此外，潘建偉的團隊于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，2012年建成首個規(guī)模化量子通信網(wǎng)絡。

　　量子具有疊加性，即根據(jù)量子比特的物理性質(zhì)，科學家們可以做到傳統(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?坐飛機肯定不行了，但是如果說北京和上海之間有他的兩團糾纏物質(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個粒子相關操縱的量子計算機，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“天河二號”還快百億億倍。

　　有了這臺計算機，我們的計算能力能增強多少?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號超級計算機大概需要100年左右的時間。而利用萬億次的量子計算機，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用于藥物設計、金融分析、氣象預報、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，到實現(xiàn)多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡，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)新一代定位導航等等。

　　圖片來自“知識分子”公眾號。

　　“京滬干線”預計今年下半年交付

　　目前，國內(nèi)量子通信的研究進展順利。今年7月，由中國科大、中科院上海技術物理研究所、中科院上海微小衛(wèi)星工程中心、中科院成都光電技術研究所等單位聯(lián)合研制的“量子科學實驗衛(wèi)星”將進行發(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，初步構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡。

　　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，到達上海。利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡，京滬兩地的金融、政務等機構(gòu)能進行保密通信。建成后，可以幫助國內(nèi)構(gòu)建可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡，建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示范平臺。

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

　　潘建偉預測，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或者叫做量子模擬機，在某些計算能力上要比目前最快的傳統(tǒng)計算機快百億倍甚至更多。