我国预计2030年建成量子通信网 每户配一个“密钥机”

北京，8月17日(记者魏延)——16日凌晨，中国在酒泉卫星发射中心成功发射了世界上第一颗量子科学实验卫星——墨子。

中国在量子科学领域的“领先运动”引起了全世界的关注。因为这不仅标志着中国空间科学研究又迈出了重要一步，而且媒体预测，随着量子信息技术的逐步应用，由此衍生的量子通信技术被誉为继微电子信息之后最有可能引发军事、经济和社会领域又一场重大革命的关键技术。它将催生一千亿个量子通信市场，引发新一轮的世界通信技术研发竞争。

一个量子通信网络将在2030年建成，每个家庭有一台钥匙机。

中国科学院院士、清华大学原子与分子纳米科学研究中心主任李佳明认为，量子通信的优势在于保密性强、安全性高。“在量子通信网络下，如果有人试图窃取你的私人通信，你会立即注意到它，这样你就可以启动相应的措施来保护个人的隐私和安全。但在现有的通信技术下，这是做不到的。”因此，量子通信的实用性和产业化已经成为包括欧盟、美国、日本和中国在内的各个大国追求的目标。

据了解，随着第一次量子卫星实验的成功，中国将陆续发射后续卫星，并结合未来空间站项目开展相关研究，验证星间和全天量子通信的可行性。“根据该计划，中国将在2020年实现亚欧之间的洲际量子密钥分配；到2030年，中国将建成全球广域量子通信网络。”潘剑伟说道。

量子通信网络将给人类生活带来什么变化？根据中国科学院出版的量子卫星科普手册，如果建设一个覆盖全国甚至全世界的量子通信网络，并且随着应用的深入，成本逐渐降低，普通人就可以享受到量子通信带来的巨大便利。例如，随着技术的进一步发展和普及，每个家庭都可以通过家庭光纤获得一台量子密钥机，人们拥有“量子密钥”手机的梦想就可以实现。一旦有人试图窃取量子密钥，用户就会知道经典加密的结合可以确保通信的绝对安全。

中国依靠“大科学”建设引领量子空间竞争

虽然中国不是全球量子通信竞赛的第一个发起国，但经过量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘剑伟的不懈努力，中国现在已经在量子通信领域实现了“曲线上的超越”，成为第一个将自主研发的量子科学实验卫星送入太空的国家。

事实上，早在几年前，星地量子通信的中国梦就已经引起了世界的关注。2012年8月9日，国际权威学术期刊《自然》以封面标题的形式公布了中国科技大学合肥国家微尺度材料科学实验室潘建伟团队的研究成果:他们在世界上首次成功实现了100公里量级的*空间量子隐形传态和纠缠分布。

这一成就不仅创造了新的世界纪录，有望成为长距离量子通信的“里程碑”，而且为发射世界上第一颗“量子科学实验卫星”奠定了技术基础。结果被刊登在《自然》杂志出版的“2012年十大新闻要闻”中。

中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员鲁愚在接受采访时说，今年下半年成功发射的量子科学实验卫星与“京沪主线”相结合，将初步建成中国广域量子通信系统，解决许多实际问题，为建设全球量子通信网络奠定基础。这将是一个新的突破。

鲁愚提到的“京沪干线”是潘剑伟团队领导的世界上第一条长途量子通信安全干线，将于今年下半年开通。“全球量子通信天地基础设施建设成功后，可以为未来互联网提供基于量子通信技术的安全保障，形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统。”潘剑伟解释道。

潘剑伟认为，引领国际量子太空竞赛取决于中国“大科学”项目的效率。“实现卫星量子通信一直是国际科技强国追求的目标。例如，量子信息实验研究的先驱、著名物理学家安东森林格研究集团和欧洲许多杰出的研究团队一直在与欧洲航天局讨论建立基于国际空间站的星地量子通信计划。然而，欧空局缓慢的决策机制一再推迟了该计划。”在中国，一方面，国家的高强度支持使得包括我们团队在内的优秀研究团队能够迅速推动量子信息研究的发展；另一方面，当卫星量子通信方向出现重大突破迹象时，中国科学院迅速做出前瞻性决策，率先在全球发射“量子科学实验卫星”。

在国家的大力支持下，我国形成了强大的理论和实验技术储备，培养了一批优秀的研究团队，在量子通信和量子计算的研究方向上产生了一批具有重要国际影响的研究成果潘建伟认为，中国对“量子研究”的大力支持是其他国家无法比拟的:2000年以来，中国经济高速增长，国家对科研经费的投入不断加大，成为科研创新的黄金时期。中国*也非常重视量子信息领域的发展。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》将“量子调控研究”纳入科技部四大“重大科研计划”之一。中国科学院、科技部、基金委等科研部门在量子信息领域不断做出前瞻性战略安排。

潘剑伟:期待在有生之年见证量子互联网的诞生

据了解，此次成功发射的量子科学实验卫星是我国自主研发的星地量子通信装置，突破了一系列先进技术，包括星地光路“针对小麦”对准、偏振态保持和星基矢量校正、量子光源加载等关键技术。

潘建伟指出，它的成功发展不仅是中国量子保密通信领域“杀手”技术研发的重大突破，是从跟随创新到引领创新、从集成创新到原创创新的飞跃，也是世界量子通信技术的重要创新。它有望使人类科技史上“最安全的通讯手段”能够覆盖整个世界。

“量子是人类对自然能量的最小单位。量子信息研究整合了许多学科。要实现突破，我们必须有不同学科的人才。”潘剑伟回忆说，他刚刚回国建立实验室，国内基础薄弱，研究水平和人才储备不足。

“因此，我们从一个国家旅行到另一个国家，与国际先进团队保持密切合作，并不断学习彼此的长处。这是团队快速发展和壮大的“秘方”。潘建伟表示，多年来，该团队也一直有针对性地派遣学生出国留学，将他们派往优秀的国际团队进行量子信息研究培训。近年来，这些年轻人纷纷回国，使我们的量子研究团队比以往任何时候都更加强大，形成了一个具有鲜明特色和优势互补的年轻研究团队。"

谈到卫星开发过程中遇到的困难，潘建伟表示，各种负载系统都遇到了很多困难，很难说哪个最大。一个典型的问题是市场上现有的单光子探测器都不能满足空间高辐射环境的要求。因为宇宙射线会损坏探测器的半导体晶格并增加晶格缺陷，所以器件的性能会随着晶格缺陷的增加而急剧下降。

“我们的团队从基本物理特性入手，在负载资源和器件特性的最大允许范围内，提出通过降低单光子探测器的工作温度和增加探测器的屏蔽厚度来解决这个问题。经过实验的艰苦研究和欧洲质子加速器的辐照试验，发现降低单光子探测器工作温度和增加探测器屏蔽厚度的技术可以有效提高单光子探测器在轨工作寿命。”

"对我们的团队来说，卫星的发射并不意味着我们的努力已经结束."潘建伟说，随着中国科学技术的快速发展，他相信量子通信将在不到10年的时间里辐射到数百万家庭。

“我希望在我的有生之年，我能见证以量子计算为终端，以量子通信为安全保障的量子互联网的诞生。我相信中国科学家能够做到。”