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

在量子技術(shù)領(lǐng)域被認為可能最先可用的是量子密碼和量子通信相關(guān)技術(shù)。圖片來源：百度圖片

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

《中國科學(xué)報》記者在產(chǎn)業(yè)層面也聽到了類似的聲音。在近日由阿里技術(shù)舉辦的“阿里技術(shù)下午茶”活動上，阿里巴巴集團首席通信科學(xué)家謝崇進在與記者交流中談到，美國的谷歌、IBM、微軟等企業(yè)都在量子計算等領(lǐng)域有大手筆的布局和很認真的研究，中國企業(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)成本買單，還是量子的世界太過玄妙，讓務(wù)實的企業(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，被認為最具顛覆性的方向是量子計算以及量子計算機，而被認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算實驗室，成為中國首個大力投入量子信息科學(xué)的中國科技公司。今年3月，阿里云發(fā)布“全球首個云上量子通信商用服務(wù)”，認為“由此打開了量子信息科學(xué)普惠發(fā)展之門”。

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

不過阿里人堅定認為，量子通信的社會價值廣泛。阿里巴巴資深專家石犀就是代表，他認為，量子通信不僅可用于軍事、國防等國家級保密領(lǐng)域，還可用于金融、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等國民經(jīng)濟領(lǐng)域。

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

“量子通信的加密技術(shù)被科學(xué)界認為是目前無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)，還會通過阿里云向全球企業(yè)輸出量子通信的安全服務(wù)”。謝崇進在當(dāng)天的下午茶活動上，提出了阿里在量子通信技術(shù)上的商業(yè)邏輯：通過阿里云提供量子通信的安全服務(wù)。

尚不完備的“量子通信”

量子通信被認為“絕對安全”，則是源于量子密碼技術(shù)可以天衣無縫地和密碼學(xué)中被證明“可以實現(xiàn)無條件安全”的“一次一密”隨機密碼相配合。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被合法用戶所發(fā)現(xiàn)，這也是量子密鑰分配所獨有的優(yōu)勢，它在原理上保障了信息在通訊中的“絕對安全”。

不過，當(dāng)前量子密碼技術(shù)在應(yīng)用上還面臨一些障礙。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院量子信息重點實驗室主任郭光燦曾告訴《中國科學(xué)報》記者，量子密碼系統(tǒng)現(xiàn)在還有實際安全性問題，即由于器件等的非理想性導(dǎo)致安全性漏洞。例如單粒子探測效率難以達到百分之百，就會產(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者用來竊取密鑰。

另外，郭光燦指出，就算人們設(shè)計出與設(shè)備完全無關(guān)的量子密碼協(xié)議，但因隨機數(shù)的真?zhèn)?、合法用戶的識別等問題仍然難以做到密鑰的“絕對安全”。

郭光燦堪稱是我國量子信息乃至量子力學(xué)領(lǐng)域的奠基人之一，他多次公開表示殷切看到我國能在量子信息、量子計算等技術(shù)領(lǐng)域抓住機會，實現(xiàn)從跟蹤到引領(lǐng)的跨越，但他堅持類似于量子科學(xué)技術(shù)這種新興手段，更要腳踏實地、一步一個腳印地來。

“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，也有學(xué)者指出，應(yīng)用了量子密碼技術(shù)并不等同于實現(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，離實際應(yīng)用還很遙遠。

“量子中繼”等問題待解

自量子密碼理論提出以來，距今已有30多年的歷程。郭光燦曾于2016年總結(jié)了30余年來所取得的成就：目前可以達到的水平是，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的世界紀錄，是去年11月我國科學(xué)家實現(xiàn)的超過400公里可抵御黑客攻擊的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)。

“可以制定‘量子密碼標(biāo)準’，推廣應(yīng)用。不過隨著攻擊技術(shù)水平的提高，現(xiàn)有相對安全的量子密碼也可能會被攻擊，到那時要隨之更新‘量子密碼標(biāo)準’?！惫鉅N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進行放大，光子在光纖中傳播會有損耗，因此目前的技術(shù)只能實現(xiàn)百公里量級的傳播。目前，實現(xiàn)遠距離量子通信的有效手段是“量子中繼”。然而由于“量子中繼”的研制受到可實用的量子存儲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，即可能是通過人工把量子態(tài)信息讀取出來以后，再進行重新制備。我們只能無條件相信這個操作是可信的?！敝x崇進告訴記者，可信中繼是在量子中繼實現(xiàn)之前的“權(quán)宜之計”。

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)略報告》中，歐洲就將“重點發(fā)展量子中繼和衛(wèi)星量子通信，實現(xiàn)1000公里量級的量子密鑰分配”寫入了歐洲未來五年和十年量子信息的發(fā)展目標(biāo)。

“隨著云計算的廣泛使用，人們對數(shù)據(jù)安全的要求越來越高。此外量子計算可能在不遠的將來成為現(xiàn)實，如何建立量子時代的信息安全漸漸在世界范圍內(nèi)成為一個研究熱點?！敝x崇進對記者說，盡管問題重重，量子保密通信作為目前安全等級最高的加密技術(shù)，正逐漸得到業(yè)界的認可。

“2013年阿里巴巴就開始對量子通信進行深入研究，2015年中完成量子傳送門的開發(fā)?！北M管對現(xiàn)有技術(shù)的具體應(yīng)用諱莫如深，謝崇進告訴記者，“這種新興的技術(shù)，總得有人去探索，不是么？”