這是在812所進(jìn)行磁測試的量子衛(wèi)星（2014年12月2日攝）。新華社發(fā)（中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院供圖）
量子科學(xué)，對絕大多數(shù)人來說十分高冷。但當(dāng)它與信息技術(shù)相連，就與我們每個人息息相關(guān)。當(dāng)今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風(fēng)險。而量子科學(xué)則為信息安全提供了“終極武器”。
在物理王國里，量子理論是一個百歲的“幽靈”，愛因斯坦也曾被它的“詭異”所困擾。
在量子世界中，一個物體可以同時處在多個位置，一只貓可以處在“死”和“活”的疊加狀態(tài)上；所有物體都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波；兩個處于“糾纏態(tài)”的粒子，即使相距遙遠(yuǎn)也具有“心電感應(yīng)”，一個發(fā)生變化，另一個會瞬時發(fā)生相應(yīng)改變……
正是由于量子具有這些不同于宏觀物理世界的奇妙特性，才構(gòu)成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和測不準(zhǔn)的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發(fā)送者察覺并規(guī)避。
“傳統(tǒng)的信息安全都是依賴于復(fù)雜的算法，只要計算能力足夠強(qiáng)大，再復(fù)雜的保密算法都能夠被破解。量子通信能做到絕對安全，是由量子自身的特性所決定的，計算能力再強(qiáng)也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問題。”潘建偉說。
量子通信系統(tǒng)的問世，點燃了建造“絕對安全”通信系統(tǒng)的希望。當(dāng)前，量子通信的實用化和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為各個大國爭相追逐的目標(biāo)。
在量子通信的國際賽跑中，中國屬于后來者。經(jīng)過多年的努力，中國已經(jīng)躋身于國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術(shù)方面也走在了世界前列，建設(shè)完成合肥、濟(jì)南等規(guī)模化量子通信城域網(wǎng)，“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)也即將竣工。
然而，這只是開始。“在城市范圍內(nèi)，通過光纖構(gòu)建城域量子通信網(wǎng)絡(luò)是最佳方案。但要實現(xiàn)遠(yuǎn)距離甚至全球量子通信，僅依靠光纖量子通信技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”潘建偉說。
他解釋說，因為量子的信息攜帶者光子在光纖里傳播一百公里之后大約只有１‰的信號可以到達(dá)最后的接收站，所以光纖量子通信達(dá)到百公里量級就很難再突破。但光子穿透整個大氣層后卻可以保留８０％左右，再利用衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)，就可以實現(xiàn)地面上相距數(shù)千公里甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。
另外，誕生百年的量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重復(fù)檢驗，但卻從未在太空尺度驗證過。量子理論的各種奇異現(xiàn)象在太空中是否還存在？量子糾纏和隱形傳輸是否可以延伸到星地之間？這些都需要衛(wèi)星去驗證。
２０１１年，中科院正式啟動全球首顆“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”的研制，這既意味著中國科學(xué)家率先向星地量子通信發(fā)起挑戰(zhàn)，更意味著中國或?qū)㈩I(lǐng)先歐美獲得量子通信覆蓋全球的能力。
