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關鍵詞是超級安全 ；京滬城域網即將建成，兩地幹線在望；首顆 量子科學實驗衛星將上天 ◎ 財新記者 于達維｜文在手機、互聯網之後，人類的通信還能有什麼創新？量子通信無疑是答案之一。 量子通信是指利用量子力學效應輔 助信息傳遞的一種新型通信方式。關於量子通信的傳言已經夠多，最吸引人的傳言是量子通信快到可以超越光速，甚至能瞬時將人由A地傳送至B地，近乎時空穿越。 現實沒有這麼玄乎，量子通信不可能真的超光速，但其優勢足以讓人類孜孜以求 ：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”的優勢，在軍事、金融和個人私密方面意義重大。 包括美國、日本和中國在內的多個國家，正在競逐這一開啓未來的技術。 與公衆一般認為的此技術還處於實驗室階段不同，量子通信近年已初步走出實驗室，開始商用。 2004年，世界上第一個量子密碼通信網絡在美國劍橋城正式運行。目前美國正試圖建立上千公里的量子通信線路，未來還想建立起總長超過1萬公里的環美國量子通信網絡。 鮮為人知的是，與許多前沿技術中國處於落後狀態不同，在量子通信領域，中國處於世界領先位置。中國已斥巨資在部分城市建立量子通信網，並且正在修建上千公里的量子通信“京滬幹線” ，2016年還要發射量子通信衛星。 量子通信的科學基礎是量子力學。 從20世紀開始，量子力學就開始改變世界。20世紀，量子力學被應用于物質科學和能源科學，產生了代表當代文明社會的諸多高科技成果，如核能、半導體、激光等。科學家預計，21世紀量子力學將被應用于信息科學，將導致量子通信、量子計算等誕生，為人類提供絕對安全的信息傳輸方式和超越經典極限的超高速計算能力。 不過，夢想與現實距離尚遠——雖然中國現在的量子通信手段、技術乃至產業化進程已經走在世界前列，但是不管是中國科學家還是國外同行所言的量子通信，並不是傳統意義上的對數據進行直接通信，而主要是給傳統的數據通信加上量子密鑰作為安全堡壘。 “現在我們能夠做到的，還只是一種加密手段，距離真正稱為‘通信’還有些遙遠，其理論上不可攻擊的特性，在現實中也受到一定的限制。 ”一位受訪學者指出。 有科學家比喻，目前的量子通信，相當于手機時代的“大哥大”階段。顯然，要使量子通信在傳輸容量上與經典通信可比擬，仍有較長的路要走。 “愛因斯坦的幽靈” 在通信技術如此發達的今天，各國間涉及政治外交、軍事安全的大部分機密信件和物品，仍然通過最傳統的方式——外交信使來傳遞。為什麼？ 原因很簡單——即便是再高級的保密通信，只要是通過當前的電話線、無線電、光纖等手段，都會面臨被破譯和竊聽的可能。以計算複雜性為基礎的經典密碼，在越來越強大的計算能力面前，總有一天會不值一提。 量子通信則完全不同。以物理定律為基礎的量子密碼的安全性，在理論上是無懈可擊的。量子通信是目前惟一被人類證明絕對安全的保密通信方法。美國《商業周刊》曾把它列在改變人們未來生活十大發明的第三位。 除了可用于保密通信，量子密碼還 可以對使用到的個人資料進行保密。或者進行信息認證，用來證明某一信息來自某人或某處而未被改動。 量子（quantum）是現代物理的重要概念，指不可分割的基本能量單元。 1900年，普朗克利用一份份量子概念，打破經典物理中能量連續分佈的觀念，解決了困擾物理學界多年的黑體輻射問題。這被公認為量子力學誕生的標誌。 在普朗克作出這一大膽假設之後出生的海森堡，又提出了“測不准”原理，量子力學由此確立。 愛因斯坦利用量子學說成功解釋了光電效應，並獲得了諾貝爾獎，但他本人對量子力學充滿疑慮。 “上帝不擲骰子” ，是他對於量子力學中一個粒子可以同時擁有多種狀態最直接的反擊。 為了說明量子力學理論的不完備性，愛因斯坦甚至發表了一篇論文，指出如果量子力學理論成立，則可能存在一個所謂糾纏狀態，即同一來源的兩個量子無論距離多遠，其中一個狀態的變化會導致另一個狀態的變化，那麼這兩個粒子之間就存在著一種超光速的聯繫。愛因斯坦稱這種聯繫為幽靈式相互作用（spooky action in a distance） ，與相對論是矛盾的。 愛因斯坦原本認為不可能存在的“幽靈” ，在多年後被科學家嚴密的實驗所證明。1980年，法國物理學家阿蘭·阿斯佩克特（Alan Aspect） ，首次用實驗證實了這一現象，阿斯佩克特因此被授予2010年沃爾夫物理學獎。 這種現象被稱為“非定域性” 。在過去30餘年中，這一現象在世界各地的實驗室里被大量地研究。在這些研究中發展起來的對單個量子狀態和多個量子之間的相互作用的主動調控技術，使得科學家意識到人類有能力發展一種利用量子特性突破經典極限的安全信息傳輸技術，即量子密鑰分發。 首先想到將量子力學用于密碼的是美國哥倫比亞大學的斯蒂芬· 威斯納（Stephen Wiesner） 。他基於“測不准原理” ，在1970年提出用量子編碼製造不可偽造的電子鈔票。但方案需要能長時間保存單量子態，被學界認為不大現實。 美國 IBM 公司沃森實驗室的查爾斯· 本內特（Charles Bennett）和加拿大蒙特利爾大學的吉利斯 · 佈雷薩德（Gilles Brassard）受到威斯納的啟發，認識到單量子雖不好保存但可用于傳輸信息。他們在1984年提出了利用單光子偏振態編碼傳送密鑰信息的量子密碼協 議。此協議目前被稱為BB84協議。 1992年，本內特又提出一種與BB84協議類似、更簡單但效率減半的方案， 即 B92協議。這兩個協議，都是由 A 向 B 發射一系列不同偏振態的光子，B 對其進行隨機測量，然後選取符合 A 要求的測量結果作為密碼。在驗證 密碼的過程中，如果存在竊聽行為，可以從測量結果的錯誤率中發現。 更為玄妙的基於雙量子糾纏態實現量子密碼協議，由阿瑟· 厄克特（Artur Ekert）于1991年提出，被稱為 EPR 協 議。通過糾纏量子系統的非定域性來傳 遞量子信息，A 和 B 雙方各自對糾纏量子進行隨機測量，然後選取測量方式相同的時候得到的結果作為密碼。 1993年，本內特等六位科學家提出了量子隱形傳態的設想，即利用糾纏粒子對遠程關聯，以糾纏粒子為信號載體對信號進行傳輸、調制與解調，將某個粒子的未知量子態傳送給遠處的另一個粒子，使該粒子處在這個未知量子態上。 這一設想被公認為是量子通信的基礎。 之所以說量子通信不可破譯，是基於“海森堡測不准原理”和“單量子不可複制定理” ，前者是指在同一時刻以相同精度測定量子的位置與動量是不可能的，後者是指在不知道量子狀態的情況下複制單個量子是不可能的。這就保證了任何竊聽者都無法在不改變密鑰狀 態的前提下截取或者複制密鑰信息。 清華大學物理系教授龍桂魯對財新記者說，量子密鑰分發是相對容易實現的量子通信方式，其要求的操控技術比較簡單，只需要一兩個量子比特即可以。 中國量子起跑 中國在量子通信領域之所以全球領先，與中國科學院院士、中國科學技術大學（下稱中科大）教授潘建偉有關。 1989年，本內特等人在 IBM 成功研製出世界上第一台量子密鑰分發的原型樣機，但是它的工作距離僅為32厘米。 此後，英國、瑞士、瑞典、日本、美國等國的科學家，逐步將量子密碼在光纖中傳輸的距離推進到幾十甚至上百公里，並嘗試在自由空間中進行傳遞並取得成功。 1997年，當時在奧地利留學的潘建偉與奧地利物理學家安東 · 賽林格（Anton Zeilinger）等人合作，首次實現了“量子態的隱形傳輸” ，這是國際上首次在實驗中成功地將一個量子態從甲地的光子傳送到乙地的光子上。 他們的論文轟動了學術界和新聞界，同倫琴發現 X 射線、愛因斯坦建立相對論等論文共同被《自然》評為20世紀最有影響的21篇經典論文之一。 2001年，潘建偉回到中國，到中科大任教，並開始在母校中科大組建量子信息實驗室。經過近十年來在人才、設備、軟件等方面的探索與積累，潘建偉團隊的實驗室目前已躋身為國際量子信息研究最前沿的三個實驗室之一。 2004年，潘建偉、楊濤等人發表論文“五光子糾纏和終端開放的量子態隱 形傳輸” 。研究成果入選歐洲物理學會和美國物理學會的年度十大進展。 2009年，潘建偉的研究組與清華大學合作，在北京八達嶺與河北懷來之間成功實現了世界上最遠距離的量子態隱 形傳輸，16公里的距離相當于此前世界記錄的27倍。 當年10月1日，在建國60周年國慶閱兵期間，潘建偉團隊在關鍵節點間構建量子通信熱線，用于重要信息傳送保障。潘建偉曾經透露，2009年大閱兵的通信量不少于一場戰役，在當時使中國成為第一個將這種技術實用化的國家。 “中國完全有能力在一場局部戰爭中充分使用量子通信，未來的發展方向是利用量子中繼衛星實現覆蓋全軍的量子通信指揮。 ”潘建偉說。 美國《時代》周刊曾經報道稱，中國科學家在量子通信研究上創造了世界記錄，解放軍能在瞬間傳送軍事信息而不被破壞或攔截。通過這項保密力度極強的科技應用，能大幅度提高解放軍的指揮和控制能力，使得中國在信息戰方面的能力超越美軍。 2012年2月17日， 耗 資6000萬 元、歷時18個月建設的“合肥城域量子通信試驗示範網”完成。這個由潘建偉團隊設計的示範網有46個節點，網絡覆蓋合肥主城區，連接40組“量子電話”用戶和16組“量子視頻”用戶。主要用戶為對信息安全要求較高的政府機關、金融機構、醫療機構、軍工企業及科研院所。 2014年3月投入使用的濟南量子通信試驗網，也由潘建偉團隊完成。與合肥網的不同在於，濟南網是面向用戶日常應用的，希望更加貼合不同使用單位的要求。濟南量子網絡有90多家用戶單位，可以通過網絡內量子通信集控站和終端，實現安全的語音和視頻通信、安全的文件傳真以及安全的數據傳輸。 此外，潘建偉的團隊還幫助新華社在新聞大廈和金融信息交易所之間建立金融信息量子通信驗證網。在中共十八大等重要政治活動期間，他們在中南海、京西賓館、人民大會堂之間建立的基於量子通信的高安全通信保障系統，也發揮了信息安全保障的作用。 2013年，中科院聯合相關部門啓動了上千公里的光纖量子通信骨幹網工程“京滬幹線”項目，建設連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡。潘建偉出任該項目首席科學家。 潘建偉告訴財新記者，目前，將實用化的量子密鑰分發技術與現有密碼體系、數據通信技術、一次一密加密方式等相結合，構成量子保密通信技術；該技術通過量子密鑰分發在兩地間共享量子密鑰，所共享的量子密鑰用于加解密所要傳輸的信息，可實現兩地間信息的高安全保密傳輸，遠超現有通信技術所能提供的安全性。 北京市、上海市城域量子通信網將于2015年建成。加上已經建成的合肥、濟南城域量子通信網，預計到2016年就可以實現京滬廣域量子保密通信。這將 為政府和金融機構提供最高安全等級的通信保障。 量子衛星計劃 在近日召開的“量子信息、量子計算和量子測量學科發展戰略院士論壇”上，“量子科學實驗衛星”工程常務副總師、中科院上海分院副院長王建宇透露，由中國完全自主研發的世界首顆“量子科學實驗衛星”現已完成關鍵部件的研製與交付，衛星有望先于歐美在2016年左右發射，在軌設計壽命為兩年。 潘建偉指出，基於在中國青海湖等地進行的多項成功實驗，中國量子科學實驗衛星的主要技術攻關已經完成，目前正在進行建造衛星的工作，項目整體穩步推進。 此量子科學實驗衛星的目標是實現高速星地量子密鑰分發，實現北京和烏魯木齊之間的量子保密通信，實現星地量子糾纏分發，並且計劃在德令哈和麗江之間實現距離遠達1200公里的大尺度量子非定域性檢驗，還將在衛星和阿里之間實現星地量子隱形傳態。 潘建偉透露，中國將在2016年首顆衛星發射成功後，發射多顆衛星，到2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發， 屆時聯接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。到2030年左右，則將 建成全球化的廣域量子通信網絡。 在他看來，現在迫切需要解決的是量子存儲、量子中繼問題，這樣量子密鑰分發就可以傳送得更遠，就可以全球化。 “現在大家在各顯神通，真正實用化還需要10年-20年的時間。 ”在潘建偉看來，在完美的量子中繼出現之前，衛星是實現遠程量子通信的一個很好的解決方案，能實現幾千公里之間的量子密鑰分發。量子信號在從衛星傳輸到地面過程中的衰減，大概相當于在地面10公里的傳輸距離，安全性可以得到足夠的保證。 衛星量子通信不可避免地會受到天氣條件的影響。他說，只能保證在晴天可以工作，但是密鑰也可以存一段時間，天氣不好的時候數據傳不下來，天氣好的時候就多送一點。對於重要的部門，這個碼率已經足夠。 潘建偉認為，從長遠看，量子通信還是要用量子中繼，包括探索如何可以利用不受天氣影響的遠紅外進行通信，這需要發展新的探測器。 為推進量子通信產業化，中科大發起組建了兩家公司，分別是安徽量子通信有限公司（下稱安徽量通） 、安徽問天量子科技有限公司（下稱問天量子） 。 安徽量通是中科大在2009年發起組建的，基於潘建偉團隊的技術，目前這家公司是中國最大的量子通信設備製造商和系統服務供應商。2014年9月14日，安徽量通曾經對外表示，已經可以量產商用量子密碼機。 安徽量通總經理趙勇對財新記者說，合肥、濟南的城域量子通信網，以及即將建成的京滬幹線，均使用了最可靠的技術。其他密碼技術在理論上就是不完全的，量子密碼則是越來越安全。 成立于蕪湖的問天量子，其技術基於郭光燦團隊，2009年在蕪湖建成了世界上第一個“量子政務網” 。 趙勇指出，已有的量子通信方式，都需要經典信道的輔助，這是對於經典通信方式的補充，讓經典通信方式更加安全，而不是取代後者。 他透露，目前他們在北京、上海建設的量子通信網絡，主要針對於金融系統、政務系統。 “團隊跟很多領域做了接觸，對方認為我們確實解決了他們很長時間想解決的問題，即數據傳輸過程中的安全性。當然，他們也希望我們的技術更加成熟，門檻、標準都制定好，現在都是做試點。 ” 全球量子賽跑 中國並非惟一開展遠距離實用化量子通信網絡建設的國家。 上世紀末，美國政府便將量子信息列為“保持國家競爭力”計劃的重點支持課題。隸屬於美國政府的美國國家標準與技術研究所（NIST）更將量子信息作為三個重點研究方向之一。加州理工大學、麻省理工學院和南加州大學聯合成立了量子信息與計算研究所，直接歸美國軍隊研究部門管轄。 1999年，美國洛斯· 阿拉莫斯國家實驗室就實現了500米的量子密碼自由空間傳輸。2003年，美國國防部高級研究計劃署又領銜建設了量子通信技術試 驗網絡。 2004年6月3日，世界上第一個量子密碼通信網絡在美國馬薩諸塞州劍橋城正式投入運行。主持這套網絡建設的是美國 BBN 技術公司，這個量子密碼通信網絡實現了該公司與哈佛大學之間的連接，且很快就延伸至波士頓大學。網絡傳輸距離約為10公里。 2006年，洛斯· 阿拉莫斯國家實驗室實現了超過100公里的量子保密通信實驗。 2009年，美國政府發佈信息科學白皮書，明確要求各科研機構協調開展量子信息技術研究。同年，美國相關機構不僅及時地建成了城域量子通信演示網，還取得了量子存儲和波動研究的新突破。2011年，美國國家標準與技術研究所的科學家更是獲得了單量子位處理量子信息的最新系列成果。 目前美國也已經著手建立長達千公里的量子通信線路，進一步計劃是在此基礎上建立起連接美國主要城市、總長超過1萬公里的環美國量子通信網絡。 早在2000年，日本郵政省就將量子通信技術作為一項國家級高技術列入開發計劃，主要致力于研究光量子密碼及光量子信息傳輸技術。日本的一些著名大公司和高校，始終在研發量子通信的高端技術與系統。 這些企業和高校包括NTT、NEC、松下電器、日立、東芝等公司和東京大學、玉川大學等高校。2010年，日本量子 ICT集團與多家電氣、電機、電信電話公司合作，在超高速寬帶網絡上採用量子密碼技術，實現了不能竊密的多點電視會議系統，並開始投入試運行。 日本顯著的特點，是吸引了各大電子工業巨頭的參與，它們持續不斷研發更穩定的光源和更精密的探測器，讓量子通信在實際運用中所實現的傳輸距離和持續時間逐年提升。日本計劃在2020 年 -2030年間建成絕對安全保密的高速量子通信網，從而實現通信技術應用上的質的飛躍。 歐盟的“歐洲量子科學技術”計劃以及“歐洲量子信息處理與通信”計劃，是歐盟繼歐洲核子中心和航天技術採取國際合作之後，又一針對重大科技問題 的大規模國際合作。1993年至2011年，英國、瑞士、奧地利、德國、法國、瑞典等國的科學家曾連續創造量子密鑰分發、量子密碼通信、太空傳輸量子信息及量子信息存儲等一系列根本性突破。 歐洲科學家們曾經提出，送一個量子通信實驗設備到國際空間站上去，這樣就可以比中國更快速和更便宜地實現太空量子通信，但是這個計劃尚未得到歐盟的認可。 該不該叫通信 當然，相對於可以傳遞文件、語音、視頻的經典通信方式，目前科學家所說的量子通信，還主要是一種傳輸密鑰的方式，在數據傳輸容量上與經典通信相比還有較大的差距。由此，全球學界對量子通信存在一些爭議聲音，比如量子密鑰傳輸能不能稱為量子通信。 對此，潘建偉指出，國際上把量子隱形傳態、量子糾纏交換和量子密鑰分發等幾種技術統稱為量子通信（Quantum Communication） 。 量 子 通信並非狹義化的概念，是指用量子態來 傳遞信息，所傳遞的信息可以是經典信息，也可以是量子信息。 盡管潘建偉如此解釋，但爭議仍存。 中科大量子信息重點實驗室主任郭光燦院士對財新記者表示： “通信一定要有內容。合肥的網絡，濟南的網絡，所實現的都是量子密鑰分發，說成是量子通信是不夠準確的。 ”清華大學電子工程系教授黃翊東則對財新記者表示，即便是中國即將發射的量子通信實驗衛星也是用來傳輸密鑰，不是傳輸大容量數據，而是解決保密問題。 在2012年由中國科協組織的一次研討會上，中科大量子實驗室副主任韓正甫也表示，量子通信和量子密碼完全不是一回事，量子密碼本身是密碼，而通信是有信息的。 當時北京大學電子學系副主任郭弘教授也表示， “現在看來量子通信也不是太好的一個詞，因為我們既然說量子通信，總是跟現有的通信比較，也許它跟我們現在所說的、大家所理解的通信之間還有很大的差別。 ”一位從事量子密碼研究的專家對財 新記者說，根據信息論創始人香農的定義，信息是把不確定的東西確定下來的內容，確定一件事就是一個比特，而密碼就是隨機數。當然，沒有信息量的密碼也有一定的用處，但叫做量子通信非常勉強。 他舉例說，他曾經以量子密碼通信的題目申請國家自然科學基金，但是基金委信息學部的領導，就不認這個賬。 該領導曾說，明明就是量子密碼，為什麼叫通信。 對於種種爭議，潘建偉認為，目前量子通信的技術優勢主要體現在安全性方面，不以傳輸容量為其特點，今後有可能通過容錯編碼、密集編碼等技術研究的突破實現傳輸容量的提高。 潘建偉說，量子通信主要包括兩方面內容，量子密鑰分發和量子隱形傳態。 量子密鑰分發克服了經典加密技術內在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。而量子隱形傳態能實現物質全部信息的快速轉移和異地重構，在未來的遠距離量子通信以及分佈式量子計算中具有至關重要的作用。 不可能超光速 許多關於量子通信的新聞報道中，描繪過這樣一個圖景： 如果人們要實現文本、語音甚至圖像的量子通信，只需讓其利用量子糾纏就能瞬間傳遞，即超光速通信。實際上，這是一個誤區。 2014年5月， 《科學》雜誌發表的一篇論文，體現了通過量子糾纏傳遞信息的可能性。荷蘭代爾夫特理工大學羅納 德· 漢森（Ronald Hanson）等人的這篇文章中說，他們在國際上首次以一種可靠的方式實現了利用量子糾纏傳輸數據，雖然這個數據只有一個量子比特，傳輸的距離也只有3米。 他們把兩個糾纏的電子分別放在一個人工鑽石中氮原子取代碳原子構成的微型巢穴中，然後改變其中一個電子的自旋方向，這時候另一個電子的自旋方向也立刻改變了。目前，他們正在嘗試 把傳輸距離增加到1300米。 漢森教授說，他們方法的特點就是100% 有效，信息總是能夠保證到達目的地，而且是100%準確的。 這種量子糾纏所導致的兩粒子間的量子關聯，體現了一種“超光速通信”的可能性。但是，國際量子學界公認的事實是，單單只有體現量子態塌縮超光速的量子糾纏不可能以超光速的方式傳遞有效的信息，因為必須借助普通信道的協助方能真正通信。量子通信的優勢不在於即時，而在於其可以探知可能的被第三方竊聽的保密性。 潘建偉教授的啟蒙導師、奧地利維也納大學教授安東· 賽林格告訴財新記者，在量子隱形傳態過程中，必然涉及經典信息傳送，這也是信息被加密和解碼所必需的過程，量子密鑰分發可以在兩個站點之間建立隨機密碼，但密碼傳 遞過程需通過經典信道實現並受到光速限制。但未來在量子計算機內部，量子信息的交換可能不受光速限制。 北京計算科學研究中心量子光學與量子信息實驗室游建強教授告訴財新記者，很多人要轟動效應，強調超光速通信，這在科學上是不准確的， “完全通過量子糾纏，不可能傳遞所有的信號，糾纏是一個物理現象，不可能加載全部的信息。 ”中科大一位資深量子密碼專家告訴財新記者，超光速通信，從理論上說就是錯的。 他說，目前所謂的量子通信，不論是量子直接通信、量子密鑰分發還是隱形傳態，都要借助經典信道的輔助。早期，有人相信超光速通信，但是後來逐漸認識到，單獨用量子糾纏不能把全部信息傳遞過去，之前之所以有這個想法，可以說是對於愛因斯坦關於光速不變的假設的理解沒有完全到位。 潘建偉說，量子通信無論採取何種方式實現，都必不可少地需要經典通信技術的參與，因此並不存在所謂“超光速通信”一說。 不替代傳統通信 關於量子通信的又一個謎團，是它會不會顛覆甚至取代傳統的經典通信。科學家對此也給出否定的答案。 量子隱形傳態論文的六位作者之一、以色列理工學院物理系教授阿瑟·佩雷斯（Asher Peres）曾經在一篇回顧文章中說，在經典的 BB84協議中，需要通過光纖信道傳送一個量子比特，通過公開的經典信道傳送兩個經典比特，才能成功生成一個密鑰，在量子隱形傳態 過程中，需要一對糾纏粒子、一個量子比特和兩個經典比特。 他說，沒有經典信道的輔助，傳送的信息就是不完整的，但是如此一來就不能叫做量子隱形傳輸，也不會引起如此巨大的轟動。 “一個記者曾經問我，有沒有可能既傳送人的身體又傳送人的靈魂？我的回答是，只能傳送靈魂。 ”對於量子隱形傳態本身，國際學術界仍然存在爭議。 諾貝爾獎獲得者默里· 蓋爾曼（Murray Gell-Mann）就曾經說， “在新聞媒體和各種書籍中傳播著的主要歪曲在於暗指甚至明言，測量一個光子的偏振（圓偏振的或平面偏振的）會莫名其妙地影響另一個光子。實際上，這種測量並不會產生任何從一個光子傳到另一個光子的物理影響。 ”諾獎得主史蒂文· 溫伯格（Steven Weinberg）說 ： “量子力學中糾纏的存在自然產生一個問題，在糾纏體系的一個部分上的測量是否可用于將消息發送到另一部分上，而不受有限光速設置的限制。不，不能被利用。 ”無論是量子密鑰分發還是量子隱形傳態，都需要經典信道的傳輸，也就是說量子通信不會完全替代現有的通信技術，量子通信網絡實際上是量子網絡和傳統信息傳輸網絡的結合。 正是量子密碼通信的特殊性，決定了它應該被應用到保密等級比較高的軍事、政治、金融等重點領域，而不是刻意與經典通信競爭。 一位量子密碼專家告訴財新記者，現在量子通信能夠做到的只有量子密碼，但是量子密碼牽涉國家的安全，因此非常重要。 “但是在日常老百姓生活中有多重要，還是要打一個問號。 ”在2012年的一次研討會上，清華大學教授王向斌表示，量子密鑰分發的實際產業化應用應該著眼于未來並注重定位，重點發展局域性的重點需求網絡，而不是強調現有網絡一樣的廣泛性和高功能效率。 在這次會議上，武漢郵電科學研究院總工程師、光纖通信技術和網絡國家重點實驗室主任余少華也指出，量子通信不會完全替代現有的通信技術，實際的量子通信中，量子通信與現有通信的融合是一個相互取長補短的過程。 量子安全戰爭 可以說，量子通信技術基於量子物理學的基本原理，克服了經典加密技術內在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。但是，沒有任何事物是完美的，即便是在理論上完美無缺的量子通信。 在2008年，就有瑞典和挪威學者分別指出量子通信體系的漏洞。雖然這些並不是量子密碼原理的不完滿，而是系統的不適應，卻也讓人們對未來的量子通信體系留有一絲不確定。 龍桂魯教授說，量子通信從原理上可以保證安全，但實際上由於器件、單光子發射、探測等方面的缺陷，出現了種種攻擊手段。改善器件有一個過程，每一個階段有一定的發展水平。 問題主要出在器件上。雖然量子密鑰分發在理論上具有無條件安全性，但在現實條件下很難實現，導致現實的系統可能存在各種各樣的隱患。其中最主要的原因，是找不到理想的單光子光源，只能靠弱相干激光脈衝的衰減實現。 潘建偉介紹，2005年前，所有的基於弱相干脈衝的實驗都存在安全漏洞。 雖然英國、日本和中國都做到了100公里以上的量子密鑰分發，因為無法保證產生單光子，即便是在理想情況下，安全通信距離也只有10公里量級，且成碼率極低，不具有實用價值。 2003年，韓國學者黃元英使用弱相干激光的衰竭代替單光子光源的誘騙 態方案。此後，清華大學物理系教授王向斌和加拿大多倫多大學羅開廣研究小組，對這一方案分別做出重要的改進與發展，使得該方法能夠立即適用于現有成熟技術，獲得絕對安全的通信密碼。 此後，潘建偉團隊和美國洛斯· 阿拉莫斯實驗室在2007年幾乎同時實現了超過100公里的絕對安全的光纖誘騙態 量子密鑰分發。 在成功解決了非理想單光子源帶來 的安全性漏洞後，探測器的不完美性又成為“量子黑客”的主要攻擊點。國際上多個小組提出了“時間位移攻擊” “死時間攻擊”和“強光致盲攻擊”等針對 探測系統的攻擊方案。 “我們擺脫了不完美的光源，又受制于不完美的探測器。 ”潘建偉說。 2012年，羅開廣提出了與探測器無關的量子密鑰分發方案，然後潘建偉的團隊在第一時間實現了這一方案。這樣，現在的通信手段跟光源和探測器都是無關的，可以說是沒有漏洞了。 潘建偉說，因為 BB84協議需要完美的單光子，所以現在他們的方案相當于變種的 BB84協議，而羅開廣的方案又解決了探測器的問題，所以說到目前為止看起來就比較安全了，理論上看起來是比較完善的系統，比較令人滿意，但是技術上也很難說，可能某個地方細節上出一些問題。 量子通信可以說是相對最安全的，但任何事情都不是絕對的，有矛就有盾。 一方面，有“量子非克隆原理”；另一方面，有實現近似量子克隆的“量子克隆機” 。比如，在信道中將部分量子態截獲下來，這就是量子克隆機對量子密鑰分發的攻擊。 前述來自中科大的量子密碼專家指出，現在量子密碼的協議安全性能夠得到足夠的保證，只要設備是嚴格執行協議的就能保證安全。但是，要嚴格執行協議，設備有許多地方需要控制，沒法做絕對沒有問題的保證，只能說做到完美無缺就絕對安全，但實際上只能是近似的安全。 “量子的東西來對付傳統的方法，比較有優勢，但是新的攻擊總會出現，有量子的防守，也會有量子的攻擊。 ”他說，我們的安全手段在升級，敵人的攻擊手段也在升級，也產生了更多攻擊量子密碼的方法，戰爭還是戰爭，只是戰場發生了改變，所用的武器，攻擊的方法，要量子層面去打，傳統的方法還是有效，但是會開闢一些新的戰場，在這個戰場上，誰也沒有經驗。 “不要炒作量子通信” 賽林格教授說，目前對於量子通信發展的主要困難在於傳輸距離和效率，利用衛星和或量子中繼可以克服距離上的困難，這不僅對於建立全球網絡非常重要，對於發展新的技術也非常重要，但是傳輸效率的問題需要更好的糾纏源和更好的探測器，這需要更多技術上的進步。 但是，對於量子加密手段的實際安全性如何，仍有待更實在的證明。潘建偉則表示，目前在真實的量子通信系統中，系統遠遠比攻擊者強大，科學家假定竊聽者具有物理學原理所允許的所有能力，其實現實中可能性不大。 那麼，如果攻擊者真有這樣的能力怎麼辦？他說，團隊計劃請各種專家來攻擊，也許這是證明安全性的最好方法。 甚至會進行懸賞，誰能攻破就給他獎金。 “看人能否從理論上攻擊成功，我們據此對方案進行修改。京滬幹線做好之後，會評測和對抗。 ”他說。 財新記者採訪了多位專家，他們多用手機時代的“大哥大”來形容目前量子通信的發展水平。在他們看來，量子通信可以說基本上到了可用的階段，現在的應用還比較初級，以後的方向就是如何在更廣泛的領域取得大規模應用。 “剛有‘大哥大’的時候，我們就覺得很神奇但沒什麼用途，但今天的手機已經變成很普通的生活必需品，需要一個過程。 ”一位專家說。 最近股票市場比較火爆，甚至出現了量子通信概念股，但是也有清醒的人士認為，這只是一種望梅止渴式的炒作。 量子通信並沒有到能夠為上市公司創造價值的時候。 在潘建偉看來，這一現象反映了市場對量子通信技術的渴望和認可，說明量子通信具有顯而易見的戰略價值。然而， “量子通信能夠為上市公司創造價值”這一說法不妥，應該是通過市場機制、股市途徑等，將更多的社會資源用于支持量子通信技術的發展，使量子通信技術能夠更好地給予社會回報。 目前實用化的量子通信技術會對光電製造、通訊裝備製造、光通信，密碼和信息安全，基礎軟件和應用軟件等傳統信息技術產業起到提升作用。隨著更系統的量子信息技術的突破、成熟和發展，更廣泛的新興信息技術產業有望形成和快速壯大。 潘建偉指出，目前，國內的上市公司中沒有一家是真正從事量子通信技術研發和服務的，希望市場不要炒作這些概念股，而是去關注量子通信真正的發展情況。 | ||||||