潘建伟说量子通信未来的应用
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25日晚上，在数以万计的现场观众注视下，崭新的海南文昌航天发射场迎来它的第一声惊雷——中国新一代中型运载火箭长征七号即将首次发射升空。而这次发射，是为我国、也是全世界的第一颗量子通信实验卫星7月的发射打前站，确保发射系统的万无一失。
屹立于文昌航天城发射台上的长征七号
如果在下个月，这颗量子通信科学实验卫星发射成功并正常运行，中国将在世界上首次实现不借助光纤、卫星和地面之间的自由空间量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个广域量子通信体系。
国宝级科学家、中国科技大学副校长、我们的浙江老乡潘建伟
中国科协副主席、量子通信卫星工程首席科学家、浙江东阳人潘建伟，曾经把中国将量子通信率先实用化定义为「中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者」。
量子通信概念图
信息网络高度发达的信息时代，人们对现代通信的依赖程度逐步加深，但不断发生的如「棱镜门」等窃听事件，又让人们对毫无安全可言的现代通信十分头疼。斯诺登事件让全世界都意识到了，面对现代通信窃密技术，个人、企业乃至国家都可能会毫无隐私地「裸奔」。
而量子通信利用基于量子力学的基本原理，利用量子态「被观测即遭破坏」这一常人难以理解的神奇特性，在基本原理上实现了绝对不可能泄密的奇迹，让通信安全难题迎刃而解。可以预见，中国将在国防、金融、政务、商业等重要领域打造出一张坚不可摧的通信网络，牢牢掌握信息安全主动权。
5月25日，在中国科学院上海微小卫星工程中心，量子科学实验卫星总设计师朱振才（右四）、副总设计师周依林（左四）与工作人员在量子卫星旁合影留念。
据新华社报道，首颗量子科学实验卫星采用平台载荷一体化设计，重640公斤，轨道高度500公里。它搭载了量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验控制与处理机等有效载荷，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。
5月25日，在中国科学院上海微小卫星工程中心，量子科学实验卫星总设计师朱振才介绍量子卫星上的量子纠缠源，这是卫星上最重要的单机之一，主要负责产生纠缠光子。
我国量子通信的发展路线图
问：请问量子通信的原理是什么？
专家：
量子力学理论被认为是继牛顿经典力学和爱因斯坦相对论后，人类科学的颠覆性发现。量子通信，就是利用量子纠缠效应来传递信息。
什么是量子纠缠？通俗地说，就像心电感应。量子力学研究发现，宇宙中任何一个粒子都有「双胞胎」，二者即使隔开整个宇宙的距离，也仍然一直保持同步同时同样的变化。一对粒子同步同样变化的状态，就是量子纠缠态。处于量子纠缠的两个粒子，无论分离多远，它们之间都存在一种神秘的关联。
利用这一原理，人们可以制备出一对纠缠粒子，把它们放在不同的位置，当这边的粒子一动，另一端端的粒子立刻做出同样的变化。这就是理想的量子通信原理，从原理上看，它能够实现没有时间滞后、绝对实时的信息传递，这对于未来实现星际旅行的人类具有极为重大的意义。
不过，目前我国量子工程即将实用化的「量子通信」，仍然采用传统技术（光纤和激光）来传递信息，只是给信息加密的秘钥用量子原理来分配、传递秘钥。它的传播速度等同于光速，和传统的通信方式一样。
爱因斯坦对量子力学不屑一顾，但是事实证明，爱因斯坦竟然也会犯错！
问：量子通信卫星实现保密通讯的原理？
专家：
这个还真不太好打比方，量子和宏观物体性质不一样。潘建伟院士曾打比方说，「古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹」。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开「信件」，量子密钥会让「信件」自毁，并让使用者知晓。
普通通信就像A写信给B，若中间有人拿到信，只要一台复印机就可以完整获得信件的内容，而量子通信信息是写在光子的状态上，根据「量子测不准」原理，对信息的测量或者读取必然会改变光子的状态。因此，一旦被人偷看，量子的状态自动发生变化，接受者也因此能察觉，而偷窥者也看不到原貌。而且，量子状态有个不可克隆定理，偷窥者不能通过读取制造同样状态的量子，所以无法伪造。
具体到量子通信卫星的原理，说起来也简单：从卫星上下发一连串单光子，地面光学实验站接到信号之后进行解码，如果成功，就相当于完成了通信。而如果在卫星的中继之下，地面上的两个实验站能够进行安全通信，那就可以组织通信网络了。
根据量子力学「不确定性原理」，处于纠缠态的两个粒子，在被观测前，其状态是不确定的，如果对其中一粒子进行观测，在确定其状态的同时（比如为上旋），另一粒子的状态瞬间也会被确定（下旋）。
问：远距离量子通信的难点在哪里？
专家：
最大的难题是光子会丢失。光子发射一段距离后就会衰减，若没有中间站「在路上帮它调整状态」，它就无法完成穿越。
因此，量子通信要解决的两个基本问题就是：让光子保持量子纠缠状态的距离变得更长、让光子传输的速度更快。中国科学技术大学潘建伟、包小辉等在国际上首次实现了百毫秒高性能量子存储器，存储寿命达0.22秒、读出效率达76%，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。
另外一个难点是，理论上即使是量子计算机，也不可能破译量子秘钥，然而实际应用中，仍有许多因素可能导致秘钥泄露。尤其是中间基站，需要先接收，再发送，容易存在被截获的漏洞。如何保证中继环节不被截获，也是一大考验。
「上帝不掷骰子」，这是爱因斯坦的名言，也是他一直质疑量子力学之根基——「不确定性原理」的原因所在。
问：现有的量子通信手段有可能被干扰吗？为什么？
专家：
虽然现有模式下的量子通信方式无法被窃听、不会泄密，却可以干扰，也可以阻断，就像电话线路一样可被切断，它的抗干扰能力和普通光纤网络一样，而比无线通信的抗干扰能力要强。
量子通信还是靠激光进行通信的，传输可通过自由空间或者光纤两种方式，卫星与地面之间的自由空间激光传输会受到气候条件干扰；而如果是在光纤管线里传输，当然可以被切断了。如何做到抗干扰和阻断，还需要科研人员的不懈努力。
明代的思想家王阳明有句名言：「你未看此花时，此花与汝同寂，你来看此花时，此花颜色一时明白起来 。」这句话长期被当成唯心主义言论而被批判，现在看来，这简直就是量子力学解释的翻版。
问：我国目前实验中的量子通信，无法做到瞬时传递信息，那么在未来技术获得重大突破后，可能做到瞬间传递吗？
专家：
在目前的理论框架内，信息还是不能超光速。量子通信的载体还是光，未来除非有颠覆相对论的理论，否则信息传递速度还是不能超光速。
问：我国在量子通信领域为何能够世界领先？世界各大国在这方面的发展情况如何？
专家：
近年量子通信领域我国涌现了一批优秀科学家，其中一些为该领域世界领军级科学家，研究水平走在世界最前列。从近年情况看，我国在量子通信领域发展势头最好，在实际应用方向走在最前列，而欧洲其次，再后是美国。
目前在整个量子技术领域，欧洲主攻传输中的中转基站技术，美国主攻量子计算机的硬件，中国主攻长距离量子加密通信。
问：量子通信接下来有哪些应用？
专家：
目前，国家发改委正在筹建「京沪干线」项目，也就是在北京和上海之间实现量子通信，预计今年下半年，大尺度光纤量子通信骨干网即将建成。这条「京沪干线」总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海。届时，一个天地一体化的量子通信网络的雏形就形成了。未来我国还将建设全球化的量子通信基础设施，预计2030年前后形成规模。
问：我们普通老百姓能否用上量子通信？您预计价格会怎样？
专家：
量子通信成本并不高，普通老百姓完全有可能用上，未来如果基础设施完善后，价格可以做到和普通上网价格一样。在不久的将来，每个人在互联网上进行的转款、支付等消费行为，都能够享受到量子通信的安全保障。
编辑：王嘉珏
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