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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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潘建偉：量子通信面臨兩大挑戰(zhàn)

2019-09-11 科技日報梅崢揚陸成寬

【字體：大中小】

語音播報

　　人類真的可以實現(xiàn)安全的信息傳送嗎？這到底是夢想，還是現(xiàn)實？

　　9月10日的北京雁棲湖，雖然天空淅淅瀝瀝地下著雨，但仍有不少學(xué)者和學(xué)生趕來參加中國科學(xué)院與德國國立科學(xué)院（Leopoldina）聯(lián)合舉辦的第一屆雙邊研討會。會上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉作了題為“夢想還是現(xiàn)實？量子通信的過去、現(xiàn)在與未來”的報告。

　　對信息的安全傳輸是數(shù)千年來人類一直追求的夢想。理論上，所有依賴于計算復(fù)雜度的經(jīng)典加密方法原理上都可以被破解，因此在歷史發(fā)展中，經(jīng)典密碼學(xué)的每一次進(jìn)步都被破解技術(shù)的進(jìn)步所擊敗。那么人類能否發(fā)明一種密碼工具來確保信息傳輸?shù)陌踩裕烤唧w而言，該如何在相距遙遠(yuǎn)的兩地實現(xiàn)安全的密鑰分配呢？

　　1968年，以色列科學(xué)家斯蒂芬·威斯納提出可以用量子系統(tǒng)來完成經(jīng)典方法所不能夠處理的信息處理任務(wù)，這啟發(fā)了人們發(fā)明量子通信和量子密碼學(xué)。1984年，美國IBM公司的查爾斯·貝內(nèi)特和加拿大蒙特利爾大學(xué)的吉列·巴薩德共同提出了第一個也是最為著名的量子密鑰分發(fā)協(xié)議BB84協(xié)議。量子密鑰分發(fā)利用單光子的不可分割性、未知量子態(tài)的不可復(fù)制性等微觀粒子特有的性質(zhì)，從原理上保證了密鑰的不可竊聽，從而確保了信息傳送的安全。

　　潘建偉在報告中指出，在人類實現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全量子通信的征途上有兩大挑戰(zhàn)，分別是現(xiàn)實條件下的安全性問題和遠(yuǎn)距離傳輸問題。

　　量子密鑰分發(fā)因其具有理論上的無條件安全性而備受關(guān)注，但是在實際系統(tǒng)中，量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)會由于設(shè)備的非完美性而存在安全性漏洞。由于量子密鑰分發(fā)過程中，線路的安全性是可以嚴(yán)格保障的，因此可能的安全性漏洞就集中在發(fā)射端和接收端。誘騙態(tài)方案和“測量器件無關(guān)”方案分別解決了上述兩端的安全性漏洞。這兩個方案均率先被潘建偉團(tuán)隊實現(xiàn)。

　　潘建偉介紹道，結(jié)合“測量器件無關(guān)”方案與自主可控的光源，量子密鑰分發(fā)就可以達(dá)到“信息論可證”的安全性。因此，目前現(xiàn)實條件下量子密鑰分發(fā)的安全性已經(jīng)很好地建立起來了。

　　迄今為止，在地面實驗中，量子密鑰分發(fā)的點對點距離可達(dá)到500千米量級，而量子隱形傳態(tài)可達(dá)到100千米。那么，如何在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加量子通信的距離呢？

　　一個階段性的解決方案是可信中繼傳輸，我國建設(shè)的光纖總長超過2000千米的“京滬干線”便采用了這一方案。在可信中繼方案中，需要人為保障中繼站點的安全，而中繼之間的線路則是安全的。這比傳統(tǒng)通信手段中整條線路處處都面臨著信息泄露的風(fēng)險而言，大幅提高了安全性。

　　更為長遠(yuǎn)的方案是使用量子中繼器。量子中繼包括量子糾纏純化、量子糾纏交換和量子存儲等手段，可以在遙遠(yuǎn)地點間分發(fā)量子糾纏，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信。潘建偉團(tuán)隊在量子中繼的核心環(huán)節(jié)取得了一系列重要成果，目前已可支持通過量子中繼實現(xiàn)500千米的量子通信。但是量子中繼器的實際應(yīng)用可能還需要等待10年之久。

　　目前更為有效的方法是基于衛(wèi)星的量子通信技術(shù)。這種手段不受地球表面障礙物的影響，在外太空也幾乎沒有衰減。我國于2016年研制成功并發(fā)射國際上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實現(xiàn)星地量子通信實驗，充分驗證了這一技術(shù)的可行性。

　　報告中，潘建偉展望量子通信的未來，描繪了一幅令人遐想的圖景：通過量子衛(wèi)星與地面光纖網(wǎng)絡(luò)，并與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)相融合，未來將可形成覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)，全面提升信息安全水平。而利用廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò)，人類可以發(fā)展出空間分辨率極高的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)；也可以構(gòu)建高精度的光頻率傳遞網(wǎng)絡(luò)，精度相比現(xiàn)在的微波時頻網(wǎng)絡(luò)可以提高4個數(shù)量級。而“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)展的空間量子科學(xué)實驗技術(shù)，也為物理學(xué)基本原理研究提供了全新的平臺。例如，最近潘建偉團(tuán)隊利用“墨子號”量子衛(wèi)星對Event Formalism量子引力模型進(jìn)行了檢驗，首次對量子力學(xué)和引力的融合進(jìn)行了實驗探索。利用高軌空間極低的引力和磁場噪聲，未來還有望實現(xiàn)精度高達(dá)10-21的光鐘，將會促進(jìn)對引力波信號，特別是低頻信號的探測，可以揭示更為豐富的天文現(xiàn)象。

　?。ㄔd于《科技日報》 2019-09-11 01版）

　　人類真的可以實現(xiàn)安全的信息傳送嗎？這到底是夢想，還是現(xiàn)實？
　　9月10日的北京雁棲湖，雖然天空淅淅瀝瀝地下著雨，但仍有不少學(xué)者和學(xué)生趕來參加中國科學(xué)院與德國國立科學(xué)院（Leopoldina）聯(lián)合舉辦的第一屆雙邊研討會。會上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉作了題為“夢想還是現(xiàn)實？量子通信的過去、現(xiàn)在與未來”的報告。
　　對信息的安全傳輸是數(shù)千年來人類一直追求的夢想。理論上，所有依賴于計算復(fù)雜度的經(jīng)典加密方法原理上都可以被破解，因此在歷史發(fā)展中，經(jīng)典密碼學(xué)的每一次進(jìn)步都被破解技術(shù)的進(jìn)步所擊敗。那么人類能否發(fā)明一種密碼工具來確保信息傳輸?shù)陌踩?？具體而言，該如何在相距遙遠(yuǎn)的兩地實現(xiàn)安全的密鑰分配呢？
　　1968年，以色列科學(xué)家斯蒂芬·威斯納提出可以用量子系統(tǒng)來完成經(jīng)典方法所不能夠處理的信息處理任務(wù)，這啟發(fā)了人們發(fā)明量子通信和量子密碼學(xué)。1984年，美國IBM公司的查爾斯·貝內(nèi)特和加拿大蒙特利爾大學(xué)的吉列·巴薩德共同提出了第一個也是最為著名的量子密鑰分發(fā)協(xié)議BB84協(xié)議。量子密鑰分發(fā)利用單光子的不可分割性、未知量子態(tài)的不可復(fù)制性等微觀粒子特有的性質(zhì)，從原理上保證了密鑰的不可竊聽，從而確保了信息傳送的安全。
　　潘建偉在報告中指出，在人類實現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全量子通信的征途上有兩大挑戰(zhàn)，分別是現(xiàn)實條件下的安全性問題和遠(yuǎn)距離傳輸問題。
　　量子密鑰分發(fā)因其具有理論上的無條件安全性而備受關(guān)注，但是在實際系統(tǒng)中，量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)會由于設(shè)備的非完美性而存在安全性漏洞。由于量子密鑰分發(fā)過程中，線路的安全性是可以嚴(yán)格保障的，因此可能的安全性漏洞就集中在發(fā)射端和接收端。誘騙態(tài)方案和“測量器件無關(guān)”方案分別解決了上述兩端的安全性漏洞。這兩個方案均率先被潘建偉團(tuán)隊實現(xiàn)。
　　潘建偉介紹道，結(jié)合“測量器件無關(guān)”方案與自主可控的光源，量子密鑰分發(fā)就可以達(dá)到“信息論可證”的安全性。因此，目前現(xiàn)實條件下量子密鑰分發(fā)的安全性已經(jīng)很好地建立起來了。
　　迄今為止，在地面實驗中，量子密鑰分發(fā)的點對點距離可達(dá)到500千米量級，而量子隱形傳態(tài)可達(dá)到100千米。那么，如何在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加量子通信的距離呢？
　　一個階段性的解決方案是可信中繼傳輸，我國建設(shè)的光纖總長超過2000千米的“京滬干線”便采用了這一方案。在可信中繼方案中，需要人為保障中繼站點的安全，而中繼之間的線路則是安全的。這比傳統(tǒng)通信手段中整條線路處處都面臨著信息泄露的風(fēng)險而言，大幅提高了安全性。
　　更為長遠(yuǎn)的方案是使用量子中繼器。量子中繼包括量子糾纏純化、量子糾纏交換和量子存儲等手段，可以在遙遠(yuǎn)地點間分發(fā)量子糾纏，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信。潘建偉團(tuán)隊在量子中繼的核心環(huán)節(jié)取得了一系列重要成果，目前已可支持通過量子中繼實現(xiàn)500千米的量子通信。但是量子中繼器的實際應(yīng)用可能還需要等待10年之久。
　　目前更為有效的方法是基于衛(wèi)星的量子通信技術(shù)。這種手段不受地球表面障礙物的影響，在外太空也幾乎沒有衰減。我國于2016年研制成功并發(fā)射國際上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實現(xiàn)星地量子通信實驗，充分驗證了這一技術(shù)的可行性。
　　報告中，潘建偉展望量子通信的未來，描繪了一幅令人遐想的圖景：通過量子衛(wèi)星與地面光纖網(wǎng)絡(luò)，并與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)相融合，未來將可形成覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)，全面提升信息安全水平。而利用廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò)，人類可以發(fā)展出空間分辨率極高的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)；也可以構(gòu)建高精度的光頻率傳遞網(wǎng)絡(luò)，精度相比現(xiàn)在的微波時頻網(wǎng)絡(luò)可以提高4個數(shù)量級。而“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)展的空間量子科學(xué)實驗技術(shù)，也為物理學(xué)基本原理研究提供了全新的平臺。例如，最近潘建偉團(tuán)隊利用“墨子號”量子衛(wèi)星對Event Formalism量子引力模型進(jìn)行了檢驗，首次對量子力學(xué)和引力的融合進(jìn)行了實驗探索。利用高軌空間極低的引力和磁場噪聲，未來還有望實現(xiàn)精度高達(dá)10-21的光鐘，將會促進(jìn)對引力波信號，特別是低頻信號的探測，可以揭示更為豐富的天文現(xiàn)象。
　　（原載于《科技日報》 2019-09-11 01版）
　　

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