[科普中國]-科普：量子通信　玄而不虛

新華社北京１２月２６日電 科普：量子通信 玄而不虛

新華社記者劉石磊

英國《自然》雜志日前評(píng)選出年度十大科學(xué)人物，中國量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉入選。國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊為中國科學(xué)家和科研項(xiàng)目點(diǎn)贊，但是國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上卻流傳著一些針對(duì)量子通信的流言甚至謠言，有的甚至稱這是“玄學(xué)”、“騙局”。

量子通信是“騙局”嗎？經(jīng)過百年發(fā)展，看似艱澀難懂的量子力學(xué)理論基礎(chǔ)已十分深厚，與相對(duì)論一樣使物理學(xué)大廈的基座更加堅(jiān)實(shí)。量子通信是全球科學(xué)界讓這些理論走向?qū)嶋H應(yīng)用的一個(gè)典范，而中國的量子衛(wèi)星項(xiàng)目是其中的杰出代表。

理論堅(jiān)實(shí)

起源于上世紀(jì)初的量子力學(xué)用概率描述物理現(xiàn)象，看起來的確有些“玄”：微觀尺度上的粒子“可能”在這里又在那里，“可能”同時(shí)向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；粒子之間還可以互相糾纏——通過某種方式即時(shí)地遠(yuǎn)程感知、影響對(duì)方。

經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤等科學(xué)巨擘不斷完善，量子力學(xué)理論初步成形并持續(xù)發(fā)展。這套看似“不合常理”的理論獲得越來越多的實(shí)驗(yàn)支持，催生了許多重大發(fā)明——原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。歐盟２０１６年宣布將量子技術(shù)作為新的旗艦科研項(xiàng)目時(shí)，將上述成果稱為“第一次量子革命”。

而量子信息技術(shù)是量子力學(xué)的最新發(fā)展，代表了正在興起的“第二次量子革命”，其中最具代表性的就是量子通信和量子計(jì)算。

量子通信主要解決通信安全性問題。傳統(tǒng)信息加密技術(shù)依賴數(shù)學(xué)算法的復(fù)雜性，但隨著計(jì)算能力的飛速提升，再復(fù)雜的加密算法也有可能被破解?；凇傲孔用荑€”的量子通信，則從客觀物理規(guī)律這一根本出發(fā)，做到“絕對(duì)安全”。

比如，量子本身即是最小單元，用一個(gè)光量子傳遞信息時(shí)，竊聽者無法分割出“半個(gè)量子”來獲取信息；量子力學(xué)的“測(cè)不準(zhǔn)原理”則約束了竊聽行為本身，只要有人試圖測(cè)量量子，量子的狀態(tài)就自動(dòng)發(fā)生改變，“舉報(bào)”竊聽行為；此外，量子的不可克隆性決定了竊聽者無法精準(zhǔn)復(fù)制量子信息。

因此，用量子做成“密鑰”來傳遞信息，竊聽必然會(huì)被發(fā)現(xiàn)，且加密內(nèi)容不可破譯。

量子通信早已是學(xué)界研究熱點(diǎn)。１９９７年，一篇關(guān)于“實(shí)驗(yàn)量子隱形傳態(tài)”的論文在英國《自然》雜志發(fā)表，經(jīng)層層評(píng)審后還入選“百年物理學(xué)２１篇經(jīng)典論文”，潘建偉院士就是作者之一。他此次獲評(píng)《自然》雜志年度十大科學(xué)人物，也彰顯量子通信受到國際科學(xué)界高度關(guān)注。

實(shí)踐驗(yàn)證

從美國到歐洲、從頂尖科研機(jī)構(gòu)到科技企業(yè)巨頭，圍繞量子技術(shù)的攻關(guān)已全面展開，量子革命引發(fā)的新一輪科技競(jìng)賽如火如荼。而量子通信也從理論構(gòu)想逐步走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，中國在這方面取得的突破舉世矚目。

今年６月，利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，中國科研團(tuán)隊(duì)在國際上率先成功實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的星地雙向量子糾纏分發(fā)。這一成果被美國《科學(xué)》雜志以封面論文形式發(fā)表，獲稱“兼具潛在實(shí)際應(yīng)用和基礎(chǔ)科學(xué)研究重要性的重大技術(shù)突破”。

９月底，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通，結(jié)合“墨子號(hào)”衛(wèi)星，中國科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮與奧地利科學(xué)院院長(zhǎng)、量子通信的國際權(quán)威科學(xué)家安東·蔡林格實(shí)現(xiàn)了世界首次洲際量子保密通信。

蔡林格此前接受新華社記者采訪時(shí)說，中國在量子通信領(lǐng)域的成就令人矚目?！皭垡蛩固挂欢〞?huì)對(duì)此感到驚訝，”他笑著說，“因?yàn)檫@些量子力學(xué)理論，比如量子糾纏，現(xiàn)在已經(jīng)真的進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，這超出了愛因斯坦的預(yù)期”。

“京滬干線”是一條連接北京、上海，貫穿濟(jì)南和合肥的量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)，全長(zhǎng)２０００余公里，可滿足上萬名用戶的密鑰分發(fā)業(yè)務(wù)需求。通過這條線路，交通銀行、工商銀行、阿里巴巴集團(tuán)也實(shí)現(xiàn)了京滬異地?cái)?shù)據(jù)的量子加密傳輸?shù)葢?yīng)用。

蔡林格預(yù)計(jì)，未來２０年內(nèi)，量子通信技術(shù)有望在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，將來甚至可能出現(xiàn)“量子互聯(lián)網(wǎng)”，而量子計(jì)算機(jī)、量子互聯(lián)網(wǎng)、量子衛(wèi)星將被一起應(yīng)用，為未來新科技打下基礎(chǔ)。

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