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专访|中国量子通信产业化已超美国

2015年,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列 2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首 。英国物理学会(Institute of Physics)新闻网站《物理世界》(Physics World)将其评为“年度突破”。在量子密钥分配方面,中国也取得260—300公里最大通信距离的好成绩。那么,如此高大上的黑科技,在应用上做得怎样了?日前,观察者网专访了科大国盾量子总裁赵勇,解读中国量子通信产业化的最新进展。

中国科学技术大学在量子信息技术领域独树一帜,科研实力在国际上处于前列,被美国列为重点关注的量子技术研究机构。科大国盾量子(原安徽量子通信技术有限公司)是以潘建伟院士团队实用化量子通信技术为基础,由中国科学技术大学发起组建的中国第一家从事量子信息技术产业化的企业。虽然在量子通信技术上中美并驾齐驱,但量子通信产业化方面中国已经走在美国的前列,并在国防、金融等领域铺开。

以下为对科大国盾量子总裁赵勇的专访:

专访|中国量子通信产业化已超美国

陆朝阳(左)和潘建伟(右)

观察者网:量子通信相对于经典通信有什么优势?

赵勇:量子通信相比于经典通信最大的优势就是安全性上,因为量子通信安全性不依赖于算法的复杂度,它具有无条件安全性。

此外,能够精确地传输量子信息,也是一种优势,特别是在量子计算实用化之后。这时,作为计算的远程输入,使用量子叠加态将具有巨大的优势。

目前我觉得量子通信在其他方面优势不明显。纠缠的远距离关联往往被误认为可以用来超光速通信,或者说无信号的信息传递。实际上,即便使用纠缠,量子通信不具备这些能力。

观察者网:中国量子通信产业发展现状如何?

赵勇:中国量子通信产业相对起步较晚,但近几年发展比较迅速,现在已经有像科大国盾量子为代表的几家企业,从事量子通信产品研发的团队也比较庞大。目前在中国已建成的大规模城域量子通信网络也是最多最大的,中科院也将在山东成立量子通信产业应用的卓越分中心,关于量子通信产业标准也正在研究制定中。未来随着更大规模实用化量子通信网络和量子通信卫星的成功启用,量子通信产业发展将开启崭新的篇章。

观察者网:在产业化方面和美国相比孰优孰劣?

赵勇: 在量子通信产业化及相关应用技术方面,我们已经走在了美国的前面。 举例来说,2011年,“合肥城域量子通信试验示范网”建成,该网络包括46个节点,是当时世界上首个规模化量子通信网络;2013年,“济南量子通信试验网”建成,该网络包括56个节点、90多个用户,面向完全承载实际应用、量子网络运维和优质的用户体验,是目前世界上最大的城域量子通信网络;目前在建的“京沪干线”项目,计划于2016年底建成连接北京、济南、合肥、上海等城域网络且全长2000多公里的量子保密通信线路,其将成为全球首个也是距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路。可以说,中国在量子通信产业化方面,正在国际上担当 “领跑者”的角色。

观察者网:能谈几个具体应用的例子么?

赵勇:现在量子通信技术应用最典型的例子就是建设量子通信网络,目前报道的已经建成的有合肥城域量子通信试验示范网、覆盖济南市城区的济南量子通信试验网还有芜湖网,以及新华社新闻大厦和金融信息交易所之间的金融信息量子通信验证网,即将建成的城域网还包括北京城域量子通信网和上海陆家嘴金融量子保密通信应用示范网等。而将在2016年底建成的连接北京和上海的“京沪干线”将主要是推动金融、政务等方面的应用。比如它包含了网上银行数据的远程灾备应用、金融机构信息数据的采集应用、金融信息交易应用以及银行同城数据生产和灾备应用等。

我们在山东建立的量子关键器件研发平台,其中周期极化铌酸锂波导的成功研制,标志着我国成为世界第三家完全掌握了基于逆向质子交换波导研制技术的国家,这也是国内第一家,基于此波导又成功研发了世界第一款上转换单光子探测器商用产品。同时,我们正在上海建设金融量子通信网和管控中心、大数据服务中心等;中科院与阿里巴巴在上海合作成立量子计算实验室,签署“共同推动量子信息技术研发及应用的战略合作协议”,探索实用化的量子计算技术等。近期,国科控股、科大国盾量子、阿里巴巴、中兴通讯等发起组建“中国量子通信产业联盟”,我国的量子通信产业进入了新的发展阶段。

专访|中国量子通信产业化已超美国

观察者网:中国量子通信有哪些最新的技术突破?

赵勇:今年在量子通信方面有许多优秀的技术成果,比如今年年初中科大潘建伟院士团队实现的“多自由度量子隐形传态”研究,刚刚被评为2015年度国际物理学领域的十项重大突破之首,这一研究成果为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础;在抵御黑客攻击的远程量子密钥分发研发方面,将安全距离进一步扩展到200公里以上,而且根据最新的研究成果,通过实验系统的进一步优化,完全可以使距离扩展到300公里以上,同时还实现了多个节点之间的抵御黑客攻击的量子密钥分发,这些都将为研发新一代更安全鲁棒的量子通信系统奠定基础。同时,在固态量子存储、高容错量子密钥分发、多方量子通信等方面都产生了一系列喜人的成果。在量子通信的关键器件研究上,也成功实现了世界上最快的68Gbps的量子随机数发生器和室温条件下性能最优的上转换单光子探测器等。

观察者网:现在的量子通信必须借助类似光纤的载体么?

赵勇:不是必须的,在自由空间中也可以实现量子通信。如果这个问题是想问量子通信是否可以不需要信息或者物理实体的传递,答案则是相反的。量子通信必须借助于载体。即便使用纠缠效应,也需要先进行纠缠分发,仍然需要物理实体的传递。

观察者网:自由空间量子通信极限距离是多少?

赵勇:自由空间量子通信的极限距离需要对应到实际的空间环境条件,比如说地面大气条件下,衰减比较大,可能只能传输10公里,而星地之间,由于外太空处于真空状态,衰减较小,所以通信距离可以达到数百公里以上。我们一般采用允许的最大衰减来衡量,在保证通信速率的条件下,一般允许信道衰减可超过50分贝。

观察者网:量子保密基站是否具有技术可行性?

赵勇:量子通信网络中的量子集控站,类似于传统的通信基站。集控站中包括光量子交换机、量子通信服务器和量子密钥分发终端。利用多个量子集控站组成多种网络拓扑,可以提高组网的灵活性和稳定性,能方便地对量子通信网络进行扩展,扩大量子通信网络的覆盖面积,大大扩展通信距离。目前,量子集控站技术已经相当成熟,例如已建成的“合肥城域量子通信试验示范网”和“济南量子通信试验网”,都是基于该技术搭建的多用户量子通信网络。

观察者网:能实现像手机那样的无线应用吗?

赵勇:量子信号的无线传播(自由空间传播)是可能的,但是在光的频谱上,这种传输定向性强,越障能力差,因此并不适合做无线基站这样的应用。在微波频段上实现量子信号的调制和探测理论上也是可能的,但是由于量子态不可复制,因此对于接收者来说,非定向的传播信道是一个损耗极高的信道。这限制了量子通信的距离。因此,量子通信无线基站的技术可行性是不大的,而量子通信无线热点的技术可行性还是有的。

目前,基于手机通过数据线、存储卡的方式,连接量子通信终端,获取量子密钥,并用之完成数据加密、认证,保护手机的信息安全的做法, 使手机能够接入量子通信网络是可行的,但也需要对手机进行适应性改造,科大国盾量子已经在这方面有了一定的技术积累。

但目前量子通信网络的覆盖范围与现有手机3G/4G网络相比还有较大差距,相信随着量子通信网络相关基础设施的建设和完善,量子通信手机一定会应用于平常百姓家。

观察者网:量子通信能连接便携式笔记本、平板电脑能么?

赵勇:类似便携式笔记本、平板电脑,通过有线的方式移动接入固网来实现移动应用则是完全可行的。如果用户乐意在手机上增加光接口,手机也可以用这种方式实现量子通信的移动应用。这比无线热点更加可行。

原文  http://www.guancha.cn/zhaoyong/2015_12_30_346382.shtml

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