量子通信是近30年發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，基本思想主要由美國科學(xué)家Bennett等于20世紀(jì)80年代起提出，主要包括量子密鑰分發(fā)(QKD)和量子態(tài)隱形傳輸。
量子密鑰分發(fā)可以建立安全的通信密碼，通過“一次一密”的加密方式實現(xiàn)點對點的安全通信。
量子態(tài)隱形傳輸是基于量子糾纏態(tài)的分發(fā)與量子聯(lián)合測量，實現(xiàn)量子態(tài)(量子信息)的空間轉(zhuǎn)移而又不移動量子態(tài)的物理載體，這如同將密封信件內(nèi)容從一個信封內(nèi)轉(zhuǎn)移到另一個信封內(nèi)而又不移動任何信息載體自身，顛覆了傳統(tǒng)通信的傳輸模式。
國外研發(fā)動態(tài)
美國對量子通信的理論和實驗研究開始較早，是最先將量子技術(shù)列入國家戰(zhàn)略、國防和安全研發(fā)計劃的國家。20世紀(jì)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。2006年，美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室進(jìn)一步完善了誘騙態(tài)方案，并實現(xiàn)了超過100km的量子保密通信實驗。2007年，美國科學(xué)家讓兩個獨立原子實現(xiàn)了量子糾纏和遠(yuǎn)距離量子通信。2009年，美國國防高級研究計劃局(DARPA)和洛斯阿拉莫斯國家實驗室分別建成了兩個多節(jié)點量子通信互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并與空軍合作進(jìn)行了基于飛機(jī)平臺的自由空間量子通信研究，建成城域量子通信演示網(wǎng)。同年，美國麻省理工學(xué)院科學(xué)家繼續(xù)在冷原子中量子存儲和波動研究領(lǐng)域有了新的突破，該方面技術(shù)是設(shè)計量子信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。近期，美國航空航天局(NASA)計劃在其總部與噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)之間建立一個直線距離600km、光纖皮長1000km左右的包含10個骨干節(jié)點的遠(yuǎn)距離光纖量子通信干線，并計劃拓展到星地量子通信。
歐盟推出了用于發(fā)展量子信息技術(shù)的“歐洲量子科學(xué)技術(shù)”計劃以及“歐洲量子信息處理與通信”計劃，這是繼歐洲核子中心和航天技術(shù)采取國際合作之后，又一針對重大科技問題的大規(guī)模國際合作。2006年，歐洲慕尼黑大學(xué)與維也納大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊成功實現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，并實現(xiàn)了超過100km的量子保密通信實驗。2007年，由奧地利、英國、德國等多國科學(xué)家合作，在量子通信中圓滿實現(xiàn)了通信距離達(dá)144km的最遠(yuǎn)紀(jì)錄。2008年，意大利和奧地利科學(xué)家研究團(tuán)隊首次識別出從地球上空1500km處的人造衛(wèi)星上反彈回地球的單批光子，實現(xiàn)了太空絕密傳輸量子信息的重大突破，為將量子通信用于全球通信做好了準(zhǔn)備。
日本政府提出了以新一代量子通信技術(shù)為對象的長期研究戰(zhàn)略，并計劃在2020-2030年間建成絕對安全保密的高速量子通信網(wǎng)，從而實現(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用上質(zhì)的飛躍。日本國家信息通信技術(shù)研究院(NICT)計劃在2020年實現(xiàn)量子中繼，到2040年建成極限容量、無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡(luò)。
國內(nèi)研發(fā)動態(tài)
我國涉足量子通信研究的時間與西方國家相當(dāng)。目前，我國在量子密鑰分發(fā)的實用化方面已躋身世界前列。最近幾年，伴隨誘騙態(tài)方案的提出，新技術(shù)突破不斷涌現(xiàn)，自主研發(fā)的量子路由器、量子程控交換機(jī)及終端設(shè)備已能滿足實用化要求。2014年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊將遠(yuǎn)程量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全距離擴(kuò)展至200km，并將成碼率提高了3個數(shù)量級，創(chuàng)下新的世界記錄。目前，國內(nèi)已有多家致力于量子通信技術(shù)研發(fā)的公司相繼成立，如山東量子科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、安徽問天量子科技股份有限公司、安徽量子通信技術(shù)有限公司等。
相比于量子密鑰分發(fā)，量子隱形傳態(tài)的實用化進(jìn)程還有較長的路要走。2011年，中國科學(xué)院聯(lián)合研究團(tuán)隊在青海湖首次成功實現(xiàn)了百千米量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和雙向糾纏分發(fā)，為基于衛(wèi)星的廣域量子通信奠定了基礎(chǔ)。2015年2月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研人員在量子領(lǐng)域研究獲得重要進(jìn)展，在國際上首次成功實現(xiàn)多自由度量子體系的隱形傳態(tài)。這是自1997年國際上首次實現(xiàn)單一自由度量子隱形傳態(tài)以來，科學(xué)家們在量子信息實驗研究領(lǐng)域取得的又一重大突破，為發(fā)展可擴(kuò)展的量子計算和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
另外，2014年12月，世界首顆“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”完成了關(guān)鍵部件的研制與交付，中國有望先于歐美在2016年前后發(fā)射，衛(wèi)星在軌設(shè)計壽命為2年。“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”是中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，啟動于2011年，主要目的是開展衛(wèi)星與地面之間絕對安全的高速量子密鑰分發(fā)實驗，通過高精度的捕獲和跟瞄系統(tǒng)，建立超遠(yuǎn)距離的量子信道，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的演示，這將是國際上首次星地間量子通信實驗。同時，工程還將建設(shè)4個量子通信地面站和1個空間量子隱形傳態(tài)實驗站，以此形成天地一體化的量子通信實驗系統(tǒng)，這將為確保我國網(wǎng)絡(luò)通信安全、國家安全做出重大現(xiàn)實貢獻(xiàn)。
總體來說，世界主要國家在量子通信領(lǐng)域的研究已進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用前夕，并加快朝著實用化前景發(fā)展。世界各國政府、國防部門、科技界和信息產(chǎn)業(yè)界對此均給予高度重視，圍繞量子通信技術(shù)的國家能力競爭也就顯得日趨激烈。全球信息產(chǎn)業(yè)界的國際巨頭們，如國際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)、飛利浦公司(Philips)、美國電報電話公司(AT&T)、貝爾實驗室(Bell)、惠普公司(HP)、西門子公司、日本電氣股份有限公司(NEC)、日立公司、三菱公司、日本電信電話株式會社(NTT)等也對量子通信技術(shù)投放了高額研發(fā)資本，抓緊開展量子通信技術(shù)的研發(fā)，并奮力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
結(jié)語
中國在量子通信的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)上與國外諸強基本保持同一水平，甚至在某些領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)先歐美發(fā)達(dá)國家。民用方面，我國斥巨資在部分城市建立了量子通信網(wǎng)，并在2015年初實現(xiàn)了銀行業(yè)電子檔案信息在同城間的加密傳輸;軍用方面，進(jìn)入工程普及還需要3～5年時間?；仡櫸覈蒲泄ぷ髡咴诹孔油ㄐ蓬I(lǐng)域內(nèi)的多年付出，可以看到中國正在該領(lǐng)域悄然崛起。面對即將到來的顛覆性技術(shù)革命，中國不能只做一個“追隨者”，應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，搶占先機(jī)，真正實現(xiàn)跨越式的發(fā)展，做量子科技進(jìn)步的領(lǐng)軍者。
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