中国科学院传来的消息称，我国首颗量子科学实验卫星已经运抵酒泉，将于8月中下旬择机发射。
量子科学实验卫星项目首席科学家潘建伟曾指出，我国量子通信技术的实际应用将分三步走：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。此次量子通信卫星的发射正是走完第三步的重要开端，届时，我国将成为世界上首次实现卫星和地面之间量子通信的国家，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个天地一体化的量子保密通信与实验体系，在世界上率先实现全球化的量子保密通信。
对于量子通信未来商业化的前景，有机构预测，量子通信市场规模最终将在1000亿元以上，发展前景广阔。
星地量子通信的由来
由于量子态的传输损耗和退相干效应随距离呈指数增长，真正意义上的量子通信广域组网必须借助量子中继技术。现阶段量子态的控制存储和纠缠纯化等技术尚不成熟，量子中继短期内难以突破。
星地量子通信通过发射近地空间量子卫星，在星地之间进行量子纠缠对分发或量子密钥传输，能够为广域量子通信提供量子纠缠源和密钥中继，成为下一阶段广域量子通信组网的可行技术方案。星地量子通信不受地形地貌限制，具有覆盖面广、机动性好、生存能力强的优点，同时外层空间传输损耗和退相干效应很小，能够显著拓展量子密钥分发的组网距离。因此，在目前量子中继尚不成熟的条件下，星地量子通信成为广域组网的最佳候选方案。
事实上，在前期大量自由空间量子通信研究和实验验证的基础上，世界各国都正在准备或已经开展了星地量子通信计划，其中包括美国NASA的PhoneSat计划，奥地利研究机构联合欧空局开展的“Space-QUEST”实验计划等。
2013年，中科院设立了战略先导专项“量子科学实验卫星”计划，由中科大、中科院多家院所和航天八院共同攻关，计划通过发射全球首颗量子通信实验卫星，初步构建我国广域量子通信体系。根据中科院人士的介绍，这颗卫星质量约640千克，将由火箭发射至高度为500公里的预定轨道。该卫星包括4个有效载荷：量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验控制与处理机，可与地面上相距千公里量级的两处光学站同时建立量子光链路。
远距离数据安全传输的梦想
在中科院国有资产经营有限责任公司旗下国科量子通信网络公司沈晓丰的名片上，写着这样一句话：“用量子技术保护每一个比特。”这无疑是对量子通信安全特性最直接、最生动的描述。
量子是物质和能量的最小单元，每个量子都不可分割、不可复制，量子状态不可测量。也正是因为这个特性，决定了通过量子通信传输的信息不会被窃听，不会被破解，也从原理上确保了量子通信传输的身份认证、传输加密以及数字签名等内容的无条件安全，从根本上永久性解决信息安全问题。
8月8日，国务院印发了《“十三五”国家科技创新规划》（以下简称《规划》）。《规划》在介绍我国“十二五”以来所取得的重大创新成果时，特别提到了量子通信，同时在部署启动“十三五”时期的重大科技项目中，同样将量子通信与量子计算列入其中。由此不难看出，量子通信在我国科技创新战略中具有极其重要的地位。
事实上，我国之所以今天能够在量子通信领域跻身世界前列，与国内十多年来量子科技研究的积累密不可分。
2004年，中国科技大学的潘建伟团队在国际上首次实现了五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输，这一成果被《自然》杂志发表。2007年，潘建伟团队在国际上首次实现了安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发，2009年实现了国际上首个全通型量子通信网络，2012年建成首个规模化量子通信网络。
过去十余年间，潘建伟团队的成果曾6次入选英国物理学会评选的年度国际物理学重大进展，5次入选美国物理学会评选的年度国际物理学重大进展，9次入选两院院士评选的中国十大科技进展新闻，1次入选美国《科学》杂志“年度十大科技进展”，1次入选英国《自然》杂志“年度十大科技亮点”，1次高居英国物理学会评选的国际物理学十大突破榜首。
今年1月8日，潘建伟院士团队的“多光子纠缠及干涉度量”项目获得2015年国家自然科学一等奖。
英国《自然》杂志在长篇新闻特稿中表示：“在量子通信领域，中国用了不到10年的时间，由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅，将领先于欧美。”这虽是溢美之辞，但却所言不虚。据悉，在量子通信卫星发射后，量子通信“沪杭干线”可能将于9月开通，它是全球第一条量子保密通信商用干线；而“京沪干线”预计在年底开通。
“京沪干线”是全球首个开工的远距离量子骨干线路。它的目标是建成连接北京、上海，贯穿济南、合肥等地长达2000多公里的量子保密通信骨干线路，实现多地城域网络的接入，验证大尺度量子保密通信技术的同时开展应用研究和应用示范。为此，英国《自然》杂志在报道称，“网络安全领域应用量子物理向着实现远距离数据安全传输这一梦想更靠近了一步”。
中国走在世界前列
目前，我国已建成的城域量子通信网络数量和长度均全球领先，中国不管是技术还是在产业化上都走在了世界前列。随着相关技术研究的深入以及量子通信商业化的展开，量子通信产业有望成为全球市场规模过千亿级别的行业。
据了解，量子通信将率先在专网通信领域实现应用，在数据传输和存储领域发挥重要作用，主要客户为特别重视信息安全的政府、军队和包括银行在内的金融机构。未来量子通信也将逐渐实现在公网和云安全等领域的运用。而在未来3～5年，量子通信的市场规模有望达到100亿～130亿元。以专网领域为例，2013年，我国专网通信市场规模为68亿元左右，预计2017年将达169亿元，其中量子通信在专网领域的市场规模为35亿～45亿元，在公网领域的市场规模为50亿～60亿元，在云安全领域和其他特殊领域的市场规模分别为10亿元、10亿～20亿元。
市场人士预计，2019年前后，量子通信将会拓宽服务模式，向全社会的网上转款、支付等消费行为延伸。运营商开始主导全国性的组网建设，量子通信网络标准将会建立，到2023年，全国性的量子通信网络有望建成。而从长期看，量子通信很有可能成为人们网络通信的必经通道。量子通信模块被集成在各类通信终端中，成为信息产业的基础设施。
未来，我国还将陆续发射卫星，建成全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。按照规划，到2020年，中国将实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右，中国将建成全球化的广域量子通信网络。（本报编辑部综合报道）
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量子通信与信息安全
量子的特性打破了人们对正常世界的理解，目前量子信息领域的主要应用方向：一是量子通信，二是量子计算。
量子通信是近30年发展起来的新兴交叉学科，是量子力学、通信理论以及计算机科学相结合的产物，其基本思想主要由美国科学家Bennett等在20世纪80年代提出。量子保密通信从量子力学不确定性原理和量子态（量子信息）不可克隆定理出发，提供一种原理上绝对安全的通信方式，引发了全球研究与商业化热潮。根据工作原理的不同，量子通信技术可分为量子密钥分发、量子态隐形传输、量子安全直接通信、量子机密共享等。
量子密钥分发可以建立安全的通信密码，通过“一次一密”的加密方式实现点对点的安全通信。其安全性在数学上已经获得严格证明，是传统通信迄今为止做不到的。现有的量子密钥分发技术可以实现百公里量级的量子密钥分发。
量子态隐形传输是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量，实现量子态的空间转移而又不移动量子态的物理载体，这如同将密封信件内容从一个信封内转移到另一个信封内而又不移动任何信息载体自身，颠覆了传统通信的传输模式。而量子纠缠是指有共同来源的两个微观粒子之间，无论相距多远都能“感应”对方的状态，当你对其中一个粒子进行测量时，也会影响到另一个粒子的状态，尽管两者之间没有任何方法可以相互沟通，但它就好比双胞胎之间的心灵感应。这一现象被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”。
量子态具有不可分割、不可测量、不可克隆的特性，与以往的通信技术相比，量子通信技术主要具有以下特点与优势：
第一，绝对安全。量子通信最大的颠覆性就是其无条件安全，信息传递过程中采用“一次一密”的加密方式，任何截获或测量量子密钥的操作，都会改变量子状态，从而确保了两地之间通信的绝对可靠。
第二，超大信道容量。量子通信的信息传输载体为光量子态，根据量子信息论原理，1个光量子在常温下可携带几十比特信息，而现行的传统光通信系统，折合1个光量子在常温下仅能携带几十分之一比特信息。这使得量子通信容量比传统光通信提高了几个数量级。
第三，超高通信速率。量子信息的传递速度取决于量子态的塌缩速度，而塌缩速度大大超过光速。因而，理论上量子信息的传递速度是超光速的。
来源：中国经济导报 2016年8月13日
