“你好！”9月29日，從中國發(fā)出的一聲問好，通過量子保密“京滬干線”，又經(jīng)過“墨子號”衛(wèi)星，跨越了半個地球來到奧地利。這是歷史上首次洲際量子保密通信，通話內(nèi)容經(jīng)過量子加密后無法破解。

一次簡短的通話，留下濃墨重彩的一筆。如此長距離、實用化的量子保密通信，意味著覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)已離我們越來越近，中國在迎接“第二次量子革命”中走在了前列。

量子“天地對接”：保密通信突破千公里級

29日下午，中國科學(xué)院院長白春禮與奧地利科學(xué)院院長安東·塞林格通過量子保密通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一次視頻通話。

這次通話使用的量子密鑰，信號是這樣“走”的：先通過“京滬干線”北京控制中心與“墨子號”衛(wèi)星興隆地面站的連接，打通天地一體化廣域量子通信的鏈路，然后通過“墨子號”與奧地利地面站的衛(wèi)星量子通信，來到7000多公里以外的歐洲。

稍早之前，白春禮見證了“京滬干線”正式開通，并用量子加密視頻會議系統(tǒng)分別與合肥、濟(jì)南、上海、新疆等地成功通話。

“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)也實現(xiàn)了京滬異地數(shù)據(jù)的量子加密傳輸?shù)葢?yīng)用。

從百公里級的實驗，到千公里級的實際應(yīng)用，中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院研究團(tuán)隊不斷取得突破，先后攻克了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控等關(guān)鍵技術(shù)難題。

“能夠進(jìn)行這么長距離、多節(jié)點的量子保密通信，尤其是國外節(jié)點并非由我們建設(shè)，說明‘天地一體’量子通信網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定、兼容的，可以實用化。”“京滬干線”項目首席科學(xué)家潘建偉院士說。

信息不再“裸奔”：數(shù)據(jù)加密實現(xiàn)質(zhì)的飛躍

網(wǎng)購時有沒有想過，交易信息真的安全嗎？這些信息都經(jīng)過加密，但并非不可破解。

通過“京滬干線”把銀行的一筆錢從上海轉(zhuǎn)賬到北京——這是現(xiàn)場演示的量子保密通信一個實際應(yīng)用。“京滬干線”項目工程總師陳宇翱說，由于量子具有“不可分割”“測不準(zhǔn)”“不可克隆”等特性，量子保密通信在原理上是絕對安全、不可破解的。

科學(xué)家這樣解釋：首先，由于“不可分割”，竊聽者無法分割出半個量子進(jìn)行測量；其次，測量必然會改變量子的狀態(tài)，竊聽者也不能截取量子之后，去測量它的狀態(tài)，因為這樣竊聽行為會暴露；第三，未知的量子態(tài)無法被精確復(fù)制，竊聽者即使截取了量子，也不能精準(zhǔn)復(fù)制量子狀態(tài)來竊聽，得到的只能是“偽碼”。

這項技術(shù)并不局限于實驗室里。我國已經(jīng)率先將量子通信帶到了日常生活中，讓以量子密鑰通信終端設(shè)備、全通光交換、網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備為核心的量子信息安全系統(tǒng)，為涉密信息“保駕護(hù)航”。

“基于量子密鑰分發(fā)的保密通信在我國實用化比較早，已經(jīng)有了一批應(yīng)用量子密鑰的商用加密通信產(chǎn)品，包括量子U盾等。”科大國盾量子技術(shù)股份有限公司總裁趙勇說，未來一兩年，量子密鑰分發(fā)設(shè)備有望發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)。

科大國盾承擔(dān)了此次洲際量子通信的部分關(guān)鍵設(shè)備研制。事實上，“京滬干線”培育了量子通信的制造業(yè)和服務(wù)業(yè)，多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)備都是由中國企業(yè)自主研發(fā)和制造的。

不過，趙勇也表示，想要規(guī)模應(yīng)用量子通信，還需要技術(shù)不斷突破，解決損耗引起的速率下降和距離受限等問題，突破的方向包括提高發(fā)光頻率、提高探測效率以及各種新技術(shù)。

顛覆式創(chuàng)新：“第二次量子革命”搶占前沿

在20世紀(jì)，“量子革命”孕育出激光、半導(dǎo)體、核能等技術(shù)，發(fā)展出光通信、電子計算機、手機、互聯(lián)網(wǎng)等改變?nèi)祟愇拿鬟M(jìn)程的重大應(yīng)用。進(jìn)入新世紀(jì)，以“量子調(diào)控”為特征的“第二次量子革命”拉開序幕。

在新的征程中，中國正領(lǐng)跑。

成功發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，成功研發(fā)世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機，成功實現(xiàn)千公里量子糾纏分發(fā)、星地量子密鑰分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)……去年以來，我國科學(xué)家在量子科研領(lǐng)域連續(xù)獲得世界級突破。

一系列“顛覆式創(chuàng)新”將被催生?？缭綒W亞大陸的量子通話，展示著廣域量子通信應(yīng)用的雛形。據(jù)了解，國內(nèi)多家銀行與證券機構(gòu)已開始進(jìn)行同城數(shù)據(jù)備份、加密傳輸、網(wǎng)上銀行加密、異地災(zāi)備及視頻會議等量子保密傳輸?shù)氖痉稇?yīng)用。

美國、歐盟紛紛制定實施新的國家量子科學(xué)發(fā)展計劃，日本也正在進(jìn)行量子通信衛(wèi)星實驗。搶占“第二次量子革命”制高點的國際競爭日趨激烈。

對于量子時代的科研與應(yīng)用，我國科學(xué)家有著清晰的路線圖：通過量子通信研究，從初步實現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信網(wǎng)，到實現(xiàn)多橫多縱的全球量子通信網(wǎng)絡(luò)；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)時代的信息有效挖掘；通過量子精密測量研究，實現(xiàn)新一代定位導(dǎo)航、激光制導(dǎo)、水下定位、醫(yī)學(xué)檢測等。

“在新一輪的科研比拼中，我們的科研工作者將以時不我待的精神，艱苦奮斗、勇攀高峰。”白春禮說。