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8月16日凌晨1時40分，由我國科學家自主研制的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”搭載長征二號丁運載火箭在酒泉成功發(fā)射，全球將首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。這顆衛(wèi)星的發(fā)射高度大約500公里，并由“墨子號”和兩個地面接收點形成到目前為止跨度最大、最安全的量子通信網(wǎng)絡。
幾乎在一夜之間，世界知道中國發(fā)射了一顆特別厲害的衛(wèi)星——“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星。國際學術界著名的《自然》網(wǎng)站相關報道說，在這場“特殊的太空競賽”中，中國“邁出了一大步”。
護航信息安全
今年4月，歐盟宣布將量子技術作為新的旗艦科研項目，迎接“第二次量子革命”；7月，美國建議加大對量子信息科學的投入，稱這是“國家的挑戰(zhàn)與機遇”。
“量子技術”是什么？法國《歐洲時報》稱，許多并不了解該技術的人們總是覺得這是一種以光速傳播信息的顛覆性黑科技，甚至有人認為實現(xiàn)太空中的星際即時通信已經(jīng)變?yōu)榭赡芰恕６鴮嶋H上這與量子通信這門技術的真正本質相去甚遠。量子信息是量子物理與信息技術相結合發(fā)展起來的新學科，主要包括量子通信和量子計算兩個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠距離量子通信技術等;量子計算主要研究量子計算機和適合于量子計算機的量子算法。中美兩國恰好是選擇了兩個不同的方向：中國對量子通信情有獨鐘，美國對量子計算心儀已久。
量子技術目前最受關注的領域是信息加密。有信息指出，量子科學為信息安全提供了“終極武器”，此次在“墨子號”量子衛(wèi)星上搭載了“四種武器”：量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。
量子衛(wèi)星項目首席科學家、中國科技大學常務副校長潘建偉院士接受媒體采訪時表示，量子衛(wèi)星將從太空向地面?zhèn)鬏敿用苊荑€，同時揭示量子糾纏的科學現(xiàn)象。量子通信的安全性基于量子物理的基本原理，即單光子的不可分割性和量子的不可復制性，從而保證了信息的不可竊聽和不可破解，可以從根本上永久性解決信息安全問題。
當前，量子計算給保密帶來了巨大挑戰(zhàn)。中科院量子卓越創(chuàng)新中心教授陸朝陽接受媒體采訪時表示，現(xiàn)在國防、金融等領域廣泛使用的通信密碼都是基于數(shù)學上的計算復雜度，等到大規(guī)模量子計算機真正面世的時候，在超強的計算能力面前，這些密碼系統(tǒng)就都會失效。打個比方，量子計算便如可攻破一切傳統(tǒng)保密系統(tǒng)的“利矛”。
“上帝關閉了一扇門，但又打開了一扇窗，”陸朝陽說，同樣源自量子理論的量子通信技術又為保密提供了新手段。它的基礎是物理規(guī)律，比如在用一個光量子傳遞信息時，由于單光子已是最小單元，竊聽者無法通過截取“半個光子”來獲取信息；而竊聽者試圖對這個光子的狀態(tài)進行測量時，量子測不準原理又導致這個光量子的狀態(tài)發(fā)生改變，這使竊聽必然被察覺并被通信雙方規(guī)避?？陀^物理規(guī)律是沒有人能改變的，也就是說，量子通信成為保密領域新的“堅盾”。
產業(yè)應用廣泛
量子通信技術與現(xiàn)有的傳統(tǒng)通信方式有什么區(qū)別？傳統(tǒng)的通信方式，比如無線、寬帶等，好用、速度快，但在信息傳輸中存在安全問題，而量子通信在傳輸途徑中可以完全確保信息安全。近年來，量子通信因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為是下一代通信和計算機技術的支撐性研究。
潘建偉認為：“從原理上來說，量子通信是無條件安全的通信方式。”由于量子具有不可分割、狀態(tài)不可克隆的特性，將其作為信息載體就可以實現(xiàn)抵御任何竊聽的密鑰分發(fā)，進而保證傳輸內容的絕對安全。
隨著我國研制的世界首顆量子通信衛(wèi)星的發(fā)射，加上量子保密通信“京滬干線”、“京杭干線”的建成開通，一個“天地一體化”的量子通信網(wǎng)絡將初步形成，也意味著自上世紀80年代起，歷經(jīng)30多年的量子信息研究，終于走向實用。
在首顆量子通信衛(wèi)星發(fā)射后，我國還將陸續(xù)發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，力爭在2020年實現(xiàn)歐洲和亞洲之間的洲際量子保密通信，在2030年前后率先建成全球一體化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡。
中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心、中國科學技術大學上海研究院副研究員張文卓撰文表示，之所以要發(fā)射量子衛(wèi)星，是因為基于衛(wèi)星等航天器的空間量子通信，有著地面光纖量子通信網(wǎng)絡無法比擬的優(yōu)勢。例如，可以突破很多地方無法鋪設量子通信的專用光纖的障礙。
從目前的應用領域來看，量子通信的商用性主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)保密上，比如網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)的遠程災備應用、金融機構信息數(shù)據(jù)的采集應用、金融信息交易應用以及銀行同城數(shù)據(jù)生產和災備應用等。由于成本較為高昂，量子通信的應用范圍還比較有限，主要是以對數(shù)據(jù)保密安全性要求較高的用戶為主。
業(yè)內人士表示，下一步，行業(yè)應用將會成為重點。從產業(yè)應用的時間周期來看，目前量子通信的應用還處于早期階段，主要受制于地面上的量子通信干線布局有限。而伴隨著今年下半年，“京滬干線”、“滬杭干線”等地面光纖量子通信網(wǎng)絡將建成，將逐步豐富地面量子通信網(wǎng)絡的建設。
雖然量子科學實驗衛(wèi)星成功發(fā)射，但從長遠來看，“要實現(xiàn)全球化量子通信還需要長期的努力，特別是需要多顆衛(wèi)星的組網(wǎng)”，量子科學實驗衛(wèi)星科學應用系統(tǒng)總師兼衛(wèi)星系統(tǒng)副總師彭承志接受媒體采訪時表示，中國以開放的姿態(tài)歡迎全球合作。
