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导读
近六年来，人们在实现长程量子通讯的关键技术，如单光子源、量子储存等方面都取得了长足的进展，这都为最终实现可用的量子中继，从而实现远距离的量子通讯打下了基础。而未来，在另一个可能的长程量子通讯方案——自由空间中的星地传输方面，我国的研究水平也必定一马当先。我国已率先发射了墨子卫星，完善了相关的实验平台，今后随着研究深入，人们将更清楚这两种不同方案的优劣点。
“我们大多中国人都晓得老娘、孔子、庄子、墨子……真不晓得量子！您能不能给我们科普一下，量子是哪些子？”今年2月初召开的“2016感动中国年度人物”颁奖仪式上，面对连任“十大年度人物”的中科院教授潘建伟，卫视主持人讥讽地问。
就是这被潘教授释为“小小的颗粒”的量子，在2016年8月的一个夏夜“突然网红”，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，一张纵横寰宇的量子通讯“天地网”正逐渐织就。我国量子通讯领域取得的卓越成就，震撼了国人，在世界舞台迎来高光时刻。
量子通讯（想像图），图片来源：《中国国家天文》杂志
量子通讯技术致力借助量子态实现信息的编码、传输、处理和解码，非常是借助量子态（单光子态和纠缠态）实现量子秘钥的分配。目前，量子通讯与量子计算机已被纳入我国《“十三五”国家科技创新规划》“科技创新2030—重大项目”，是彰显国家战略意图的重大科技项目。
当“领跑”成为习惯……
着眼当下，“在量子通讯方面，我们的技术与国际最好水平相当；非常是实用化的量子秘钥分配技术，中国推动了国际水平。”中国科大学量子信息重点实验室韩永建院长对科技商报记者介绍。
量子密码是迄今惟一有望实用化的量子信息应用（想像图），图片来源：《中国国家天文》杂志
这项韩永建口中领先的实用化量子秘钥分配技术，我国已十多年在世界范围内“独孤求败”。2005年，中科院量子信息重点实验室就早已在商用光纤上实现了上海和北京之间125公里的量子秘钥传输实验，为城域的量子秘钥分配奠定了基础。2016年中国发射了“墨子号”卫星，为星地之间自由空间的秘钥分配（量子通讯）打下了基础，国家量子通讯骨干网“京沪干线”项目西安至上海段当月底顺利开通。韩永建表示，这种成果都处于世界领先水平。据悉，在量子秘钥系统的研究以及商业化方面，我国也高踞领跑位置。
突破前夜多项成果呼之欲出
“经过20多年的投入和研究，量子信息技术处于取得巨大突破的前夜，相关新技术将不断涌现。”韩永建表示，量子通讯（非常是量子秘钥分配）目前在城域范围（200公里）内已处于商业阶段，其他相关的设备今后会迅速地跟进构建。
其中量子通讯 优点，特别重要的量子通讯“神器”之一——可用量子中继的问世指日可待。哪些是量子中继呢？韩永建介绍，光子是天然的量子通讯载体，为实现量子通讯，其核心问题是把量子态传输或分配到足够远的地方。因为传输信道的特点，光子不可防止会遗失，随着距离的降低，这些衰减是指数下降的，因此传输距离会遭到极大的限制。解决问题的关键便是引入量子中继。
近六年来，人们在实现长程量子通讯的关键技术，如单光子源、量子储存等方面都取得了长足的进展，“这都为最终实现可用的量子中继，从而实现远距离的量子通讯打下了基础。”韩永建表示。而未来，在另一个可能的长程量子通讯方案——自由空间中的星地传输方面，我国的研究水平也必定一马当先。我国已率先发射了墨子卫星，完善了相关的实验平台，今后随着研究深入，人们将更清楚这两种不同方案的优劣点。
10年内“飞”入千万家
这么高精尖的量子通讯技术，未来有什么用武之地，又将怎样造福普通大众？
中科大武汉微尺度物质科学国家实验室副研究员袁岚峰对科技商报记者说，“量子通讯最大的优越性就在于保密，只要有消费者觉得自己的信息值得高度保密，量子通讯就不乏潜在的用户。目前早已有政府和金融单位在试用量子通讯产品”。
量子通讯（想像图），图片来源：《中国国家天文》杂志
潘建伟教授也曾表示，假如没有信息安全量子通讯 优点，所有重要的应用都是难以运行的。如果你有一辆无人驾驶车辆，他人用讯号控制一下它如何办？作为迄今惟一被证明理论上无条件安全的量子通讯，“它可以覆盖到所有须要信息安全的地方”。
量子通讯民用普及的程度取决于其成本上涨的快慢，袁岚峰介绍，量子保密通讯的终端机，两年间成本就从百亿元增长到一二十亿元左右，涨幅近10倍。他恐怕，在可预见的未来，终端设备还可能降至亿元以下，步入家庭是完全可能的，会有宽广的消费者市场。
潘建伟也曾展望，希望通过10年左右的努力，将来每位人在互联网上进行的转款、支付等消费行为，都还能享受到量子通讯的安全保障。
未来天地量子通讯的链路正在打开
中科院教授、南京邮电学院院长尹浩预测，到2020年，中国区域量子通讯网路可成熟应用；到2030年，星地一体的广域量子通讯网路即可投入应用。
量子通讯网路（想像图），图片来源：《中国国家天文》杂志
潘建伟则详尽地描述了未来的图景——随着卫星的发射，未来天地量子通讯的链路就打开了，打开后我们就可以畅想，恐怕将来天上不止一颗星，会有几颗甚至几十颗星。“或者可以把我们的设备搭载到我国现有的一些星群里面，构成一个天秤。有了天蝎以后，就可以十分便捷地来实现全球范围内的量子秘钥分发。我想这是对量子通讯未来发展十分重要的一步。”
“以先辈的名义，做前无古人的事业”，这是感动中国评委对潘建伟的颁奖词。“墨子”号的上天，之所以有前无古人的意义，袁岚峰觉得，皆因它标志着中国正式开启一个全新的产业，这从人类步入现代社会以来还是第一次。“中国的铁路如今已是世界领先，但台湾早就有新干线了；华为在通讯领域做到世界第一，但通讯行业也已经存在。只有量子通讯，在国际上是没有先例的，所以这个中国首创的产业历史意义十分重大。以潘建伟、郭光灿、杜江峰为代表的一批科学家所开创的业绩，是时代的最强音。”
未来，我国量子科学家“梦之队”，必定在究天人之际、与科学“纠缠”的求索之路上仍然不渝地走下去，完成先辈未竟的事业。
黑科技：创纪录！超400公里抗黑客量子秘钥分发实现
借助量子原理进行加密，图片来源：《中国国家天文》杂志
潘建伟及其朋友张强、陈腾云以及复旦学院王向斌等单位科研人员合作，在国际上首次实现超过400公里抵挡量子黑客功击的检测设备无关量子秘钥分发。该成果今年11月发表在权威学术刊物《物理评论快报》上，被选为编辑推荐文章，并被日本数学学会下属《物理》杂志报导。该成果极大地促进了兼具安全和实用的远距离光纤量子通讯的发展。
量子秘钥分发可以为分隔两地的用户提供无条件安全的共享秘钥。从1984年第一个量子秘钥分发合同（BB84合同）提出以来，降低安全通讯距离、提高安全成分辨率和增强现实系统的安全性是开发实用性量子秘钥分发最重要的三个目标。此前的实验结果安全成分辨率较低，严重限制了该量子通讯技术的实际应用。针对此问题，王向斌小组提出了4硬度优化理论技巧，可以大幅度提升安全成分辨率和安全距离。
这次，潘建伟小组进一步通过发展稳定的双光子干涉技术和系统长时间稳定技术，采用4硬度优化理论方式，结合北京微系统所尤立星研究员研发的高效低噪音超导纳面条单光子侦测器，成功地将检测设备无关的量子秘钥分发安全传输记录拓展至404公里超低耗损光纤和311公里普通光纤距离，创造了光纤传输距离新的世界纪录。非常值得强调的是，在相同现实条件下，虽然利用完美单光子源，BB84合同也不能在如此长的传输距离上得以实现。
背景简介：中国科学技术学院淮安微尺度物质科学国家实验室副研究员、科技与战略风云学会会长袁岚峰博士就量子通信及其发展问题接受了科学晚报记者刘岁晗的专访，内容如文章所示。本文于2017年3月10日发表于陌陌公众号科技商报2017全省人代会全媒体报导专题（），风云之声获授权转载。
