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6月27日，中科院院士、中國(guó)科技大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉在上海一場(chǎng)報(bào)告會(huì)上以《讓中國(guó)的量子科學(xué)“領(lǐng)跑”世界》為題的報(bào)告中提到：“如果說(shuō)量子信息是一棵竹子，過(guò)去一直在泥土中醞釀破土，現(xiàn)在則到了破土而出的時(shí)候。”隨即他提出，如果這棵竹子“被栽在花盆里，最多就長(zhǎng)成盆景，如果長(zhǎng)在山林中，就可能發(fā)展成一片竹林”。

言下之意，潘建偉認(rèn)為當(dāng)前中國(guó)在量子信息方面面臨著領(lǐng)跑的機(jī)會(huì)，應(yīng)該創(chuàng)造環(huán)境大力發(fā)展。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者在產(chǎn)業(yè)層面也聽(tīng)到了類(lèi)似的聲音。在近日由阿里技術(shù)舉辦的“阿里技術(shù)下午茶”活動(dòng)上，阿里巴巴集團(tuán)首席通信科學(xué)家謝崇進(jìn)在與記者交流中談到，美國(guó)的谷歌、IBM、微軟等企業(yè)都在量子計(jì)算等領(lǐng)域有大手筆的布局和很認(rèn)真的研究，中國(guó)企業(yè)在這方面“還太少”。

曲高和寡，是科技企業(yè)不肯為量子技術(shù)的高研發(fā)成本買(mǎi)單，還是量子的世界太過(guò)玄妙，讓務(wù)實(shí)的企業(yè)家們看不到希望？

率先“吃螃蟹”的企業(yè)

在量子技術(shù)領(lǐng)域，被認(rèn)為最具顛覆性的方向是量子計(jì)算以及量子計(jì)算機(jī)，而被認(rèn)為可能最先可用或最容易商業(yè)化的，則是量子密碼和量子通信相關(guān)技術(shù)。

阿里巴巴是國(guó)內(nèi)少有的在量子通信領(lǐng)域高調(diào)布局的企業(yè)：2015年阿里與中科院成立的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，成為中國(guó)首個(gè)大力投入量子信息科學(xué)的中國(guó)科技公司。今年3月，阿里云發(fā)布“全球首個(gè)云上量子通信商用服務(wù)”，認(rèn)為“由此打開(kāi)了量子信息科學(xué)普惠發(fā)展之門(mén)”。

“2013年至今，阿里在量子通信技術(shù)上投入巨大資源，產(chǎn)出的專(zhuān)利就達(dá)數(shù)十項(xiàng)，包括量子密鑰分配（QKD）的算法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)架構(gòu)，QKD和云計(jì)算結(jié)合的應(yīng)用，量子通信云服務(wù)，以及量子通信和可信計(jì)算的結(jié)合等方面。”謝崇進(jìn)自認(rèn)，阿里的量子通信團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)的是“無(wú)人區(qū)式”科學(xué)難題，這些難題在全球范圍內(nèi)都是挑戰(zhàn)。

不過(guò)阿里人堅(jiān)定認(rèn)為，量子通信的社會(huì)價(jià)值廣泛。阿里巴巴資深專(zhuān)家石犀就是代表，他認(rèn)為，量子通信不僅可用于軍事、國(guó)防等國(guó)家級(jí)保密領(lǐng)域，還可用于金融、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。

按照阿里巴巴董事局主席馬云此前宣布的“NASA”計(jì)劃，阿里目前正在為20年后儲(chǔ)備核心科技，以實(shí)現(xiàn)“換道超車(chē)”，服務(wù)全球20億人，成為世界第五大經(jīng)濟(jì)體。量子信息正是“NASA”計(jì)劃中正在儲(chǔ)備的核心科技之一。

“量子通信的加密技術(shù)被科學(xué)界認(rèn)為是目前無(wú)法被破解的信息保密技術(shù)，阿里巴巴除了持續(xù)深耕量子通信技術(shù)，還會(huì)通過(guò)阿里云向全球企業(yè)輸出量子通信的安全服務(wù)”。謝崇進(jìn)在當(dāng)天的下午茶活動(dòng)上，提出了阿里在量子通信技術(shù)上的商業(yè)邏輯：通過(guò)阿里云提供量子通信的安全服務(wù)。

尚不完備的“量子通信”

量子通信被認(rèn)為“絕對(duì)安全”，則是源于量子密碼技術(shù)可以天衣無(wú)縫地和密碼學(xué)中被證明“可以實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全”的“一次一密”隨機(jī)密碼相配合。在量子密碼之前，“一次一密”僅存在于理論中。

量子密碼則由于量子力學(xué)的基本特性——量子的不確定性和不可克隆，使得量子密鑰分配能夠確保任何企圖竊取傳送中的密鑰都會(huì)被合法用戶所發(fā)現(xiàn)，這也是量子密鑰分配所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，它在原理上保障了信息在通訊中的“絕對(duì)安全”。

不過(guò)，當(dāng)前量子密碼技術(shù)在應(yīng)用上還面臨一些障礙。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦曾告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，量子密碼系統(tǒng)現(xiàn)在還有實(shí)際安全性問(wèn)題，即由于器件等的非理想性導(dǎo)致安全性漏洞。例如單粒子探測(cè)效率難以達(dá)到百分之百，就會(huì)產(chǎn)生傳輸損耗。而這種非理想因素下的漏洞就有可能被竊聽(tīng)者用來(lái)竊取密鑰。

另外，郭光燦指出，就算人們?cè)O(shè)計(jì)出與設(shè)備完全無(wú)關(guān)的量子密碼協(xié)議，但因隨機(jī)數(shù)的真?zhèn)巍⒑戏ㄓ脩舻淖R(shí)別等問(wèn)題仍然難以做到密鑰的“絕對(duì)安全”。

郭光燦堪稱(chēng)是我國(guó)量子信息乃至量子力學(xué)領(lǐng)域的奠基人之一，他多次公開(kāi)表示殷切看到我國(guó)能在量子信息、量子計(jì)算等技術(shù)領(lǐng)域抓住機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)從跟蹤到引領(lǐng)的跨越，但他堅(jiān)持類(lèi)似于量子科學(xué)技術(shù)這種新興手段，更要腳踏實(shí)地、一步一個(gè)腳印地來(lái)。

“量子密碼系統(tǒng)必須能經(jīng)受得住現(xiàn)有所有可能手段的攻擊才可以大規(guī)模應(yīng)用。”郭光燦表示。

同時(shí)，也有學(xué)者指出，應(yīng)用了量子密碼技術(shù)并不等同于實(shí)現(xiàn)了量子通信。“現(xiàn)階段的量子通信，只是利用了‘量子保密技術(shù)’的經(jīng)典通信，它恰當(dāng)?shù)拿Q(chēng)或許應(yīng)為‘量子保密通信’。真正的量子通信有其明確內(nèi)涵，即將信息編碼在量子比特上，在量子通道上將量子比特由甲方傳給乙方，直接實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。”相關(guān)學(xué)者表示，這種真正的量子通信，目前仍處于基礎(chǔ)研究階段，離實(shí)際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。

“量子中繼”等問(wèn)題待解

自量子密碼理論提出以來(lái)，距今已有30多年的歷程。郭光燦曾于2016年總結(jié)了30余年來(lái)所取得的成就：目前可以達(dá)到的水平是，在百公里范圍的城域網(wǎng)，量子密碼體系可以做到密鑰分配在各種攻擊下是安全的；當(dāng)前的安全密鑰生成率在25公里可確保高清視頻“一次一密”，在100公里內(nèi)能確保音頻、文字、圖片等的“一次一密”。

在科研階段，如今量子保密通信最遠(yuǎn)的世界紀(jì)錄，是去年11月我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)的超過(guò)400公里可抵御黑客攻擊的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)。

“可以制定‘量子密碼標(biāo)準(zhǔn)’，推廣應(yīng)用。不過(guò)隨著攻擊技術(shù)水平的提高，現(xiàn)有相對(duì)安全的量子密碼也可能會(huì)被攻擊，到那時(shí)要隨之更新‘量子密碼標(biāo)準(zhǔn)’。”郭光燦特別提到，量子密碼體系必須確保安全密鑰的生成率足夠高，才能達(dá)到視頻等信息“一次一密”加密的需求。

此外，量子通信還受制于量子的不可克隆定理，攜帶量子信息的光子不可以像經(jīng)典通信中的中繼放大那樣把信號(hào)進(jìn)行放大，光子在光纖中傳播會(huì)有損耗，因此目前的技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的傳播。目前，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信的有效手段是“量子中繼”。然而由于“量子中繼”的研制受到可實(shí)用的量子存儲(chǔ)器和確定性糾纏光子源的限制，目前仍然處于基礎(chǔ)研究階段。

“目前量子通信網(wǎng)絡(luò)中用到的中繼是一種叫可信中繼，即可能是通過(guò)人工把量子態(tài)信息讀取出來(lái)以后，再進(jìn)行重新制備。我們只能無(wú)條件相信這個(gè)操作是可信的。”謝崇進(jìn)告訴記者，可信中繼是在量子中繼實(shí)現(xiàn)之前的“權(quán)宜之計(jì)”。

記者了解到，在歐盟發(fā)布的《量子信息處理和通信：歐洲研究現(xiàn)狀、愿景與目標(biāo)戰(zhàn)略報(bào)告》中，歐洲就將“重點(diǎn)發(fā)展量子中繼和衛(wèi)星量子通信，實(shí)現(xiàn)1000公里量級(jí)的量子密鑰分配”寫(xiě)入了歐洲未來(lái)五年和十年量子信息的發(fā)展目標(biāo)。

“隨著云計(jì)算的廣泛使用，人們對(duì)數(shù)據(jù)安全的要求越來(lái)越高。此外量子計(jì)算可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)，如何建立量子時(shí)代的信息安全漸漸在世界范圍內(nèi)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。”謝崇進(jìn)對(duì)記者說(shuō)，盡管問(wèn)題重重，量子保密通信作為目前安全等級(jí)最高的加密技術(shù)，正逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可。

“2013年阿里巴巴就開(kāi)始對(duì)量子通信進(jìn)行深入研究，2015年中完成量子傳送門(mén)的開(kāi)發(fā)。”盡管對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的具體應(yīng)用諱莫如深，謝崇進(jìn)告訴記者，“這種新興的技術(shù)，總得有人去探索，不是么？”

摘自《中國(guó)科學(xué)報(bào)》