6月27日,中科院院士、中國(guó)科技大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉在上海一場(chǎng)報(bào)告會(huì)上以《讓中國(guó)的量子科學(xué)“領(lǐng)跑”世界》為題的報(bào)告中提到:“如果說量子信息是一棵竹子,過去一直在泥土中醞釀破土,現(xiàn)在則到了破土而出的時(shí)候?!彪S即他提出,如果這棵竹子“被栽在花盆里,最多就長(zhǎng)成盆景,如果長(zhǎng)在山林中,就可能發(fā)展成一片竹林”。
在量子技術(shù)領(lǐng)域被認(rèn)為可能最先可用的是量子密碼和量子通信相關(guān)技術(shù)
言下之意,潘建偉認(rèn)為當(dāng)前中國(guó)在量子信息方面面臨著領(lǐng)跑的機(jī)會(huì),應(yīng)該創(chuàng)造環(huán)境大力發(fā)展。
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者在產(chǎn)業(yè)層面也聽到了類似的聲音。在近日由阿里技術(shù)舉辦的“阿里技術(shù)下午茶”活動(dòng)上,阿里巴巴集團(tuán)首席通信科學(xué)家謝崇進(jìn)在與記者交流中談到,美國(guó)的谷歌、IBM、微軟等企業(yè)都在量子計(jì)算等領(lǐng)域有大手筆的布局和很認(rèn)真的研究,中國(guó)企業(yè)在這方面“還太少”。
曲高和寡,是科技企業(yè)不肯為量子技術(shù)的高研發(fā)成本買單,還是量子的世界太過玄妙,讓務(wù)實(shí)的企業(yè)家們看不到希望?
率先“吃螃蟹”的企業(yè)
在量子技術(shù)領(lǐng)域,被認(rèn)為最具顛覆性的方向是量子計(jì)算以及量子計(jì)算機(jī),而被認(rèn)為可能最先可用或最容易商業(yè)化的,則是量子密碼和量子通信相關(guān)技術(shù)。
阿里巴巴是國(guó)內(nèi)少有的在量子通信領(lǐng)域高調(diào)布局的企業(yè):2015年阿里與中科院成立的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室,成為中國(guó)首個(gè)大力投入量子信息科學(xué)的中國(guó)科技公司。今年3月,阿里云發(fā)布“全球首個(gè)云上量子通信商用服務(wù)”,認(rèn)為“由此打開了量子信息科學(xué)普惠發(fā)展之門”。
“2013年至今,阿里在量子通信技術(shù)上投入巨大資源,產(chǎn)出的專利就達(dá)數(shù)十項(xiàng),包括量子密鑰分配(QKD)的算法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)架構(gòu),QKD和云計(jì)算結(jié)合的應(yīng)用,量子通信云服務(wù),以及量子通信和可信計(jì)算的結(jié)合等方面。”謝崇進(jìn)自認(rèn),阿里的量子通信團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)的是“無(wú)人區(qū)式”科學(xué)難題,這些難題在全球范圍內(nèi)都是挑戰(zhàn)。
不過阿里人堅(jiān)定認(rèn)為,量子通信的社會(huì)價(jià)值廣泛。阿里巴巴資深專家石犀就是代表,他認(rèn)為,量子通信不僅可用于軍事、國(guó)防等國(guó)家級(jí)保密領(lǐng)域,還可用于金融、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。
按照阿里巴巴董事局主席馬云此前宣布的“NASA”計(jì)劃,阿里目前正在為20年后儲(chǔ)備核心科技,以實(shí)現(xiàn)“換道超車”,服務(wù)全球20億人,成為世界第五大經(jīng)濟(jì)體。量子信息正是“NASA”計(jì)劃中正在儲(chǔ)備的核心科技之一。
“量子通信的加密技術(shù)被科學(xué)界認(rèn)為是目前無(wú)法被破解的信息保密技術(shù),阿里巴巴除了持續(xù)深耕量子通信技術(shù),還會(huì)通過阿里云向全球企業(yè)輸出量子通信的安全服務(wù)”。謝崇進(jìn)在當(dāng)天的下午茶活動(dòng)上,提出了阿里在量子通信技術(shù)上的商業(yè)邏輯:通過阿里云提供量子通信的安全服務(wù)。
尚不完備的“量子通信”
量子通信被認(rèn)為“絕對(duì)安全”,則是源于量子密碼技術(shù)可以天衣無(wú)縫地和密碼學(xué)中被證明“可以實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全”的“一次一密”隨機(jī)密碼相配合。在量子密碼之前,“一次一密”僅存在于理論中。
量子密碼則由于量子力學(xué)的基本特性——量子的不確定性和不可克隆,使得量子密鑰分配能夠確保任何企圖竊取傳送中的密鑰都會(huì)被合法用戶所發(fā)現(xiàn),這也是量子密鑰分配所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì),它在原理上保障了信息在通訊中的“絕對(duì)安全”。
不過,當(dāng)前量子密碼技術(shù)在應(yīng)用上還面臨一些障礙。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦曾告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者,量子密碼系統(tǒng)現(xiàn)在還有實(shí)際安全性問題,即由于器件等的非理想性導(dǎo)致安全性漏洞。例如單粒子探測(cè)效率難以達(dá)到百分之百,就會(huì)產(chǎn)生傳輸損耗。而這種非理想因素下的漏洞就有可能被竊聽者用來(lái)竊取密鑰。
“量子中繼”等問題待解
自量子密碼理論提出以來(lái),距今已有30多年的歷程。郭光燦曾于2016年總結(jié)了30余年來(lái)所取得的成就:目前可以達(dá)到的水平是,在百公里范圍的城域網(wǎng),量子密碼體系可以做到密鑰分配在各種攻擊下是安全的;當(dāng)前的安全密鑰生成率在25公里可確保高清視頻“一次一密”,在100公里內(nèi)能確保音頻、文字、圖片等的“一次一密”。
在科研階段,如今量子保密通信最遠(yuǎn)的世界紀(jì)錄,是去年11月我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)的超過400公里可抵御黑客攻擊的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)。
“可以制定‘量子密碼標(biāo)準(zhǔn)’,推廣應(yīng)用。不過隨著攻擊技術(shù)水平的提高,現(xiàn)有相對(duì)安全的量子密碼也可能會(huì)被攻擊,到那時(shí)要隨之更新‘量子密碼標(biāo)準(zhǔn)’?!惫鉅N特別提到,量子密碼體系必須確保安全密鑰的生成率足夠高,才能達(dá)到視頻等信息“一次一密”加密的需求。
此外,量子通信還受制于量子的不可克隆定理,攜帶量子信息的光子不可以像經(jīng)典通信中的中繼放大那樣把信號(hào)進(jìn)行放大,光子在光纖中傳播會(huì)有損耗,因此目前的技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的傳播。目前,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信的有效手段是“量子中繼”。然而由于“量子中繼”的研制受到可實(shí)用的量子存儲(chǔ)器和確定性糾纏光子源的限制,目前仍然處于基礎(chǔ)研究階段。
“目前量子通信網(wǎng)絡(luò)中用到的中繼是一種叫可信中繼,即可能是通過人工把量子態(tài)信息讀取出來(lái)以后,再進(jìn)行重新制備。我們只能無(wú)條件相信這個(gè)操作是可信的?!敝x崇進(jìn)告訴記者,可信中繼是在量子中繼實(shí)現(xiàn)之前的“權(quán)宜之計(jì)”。
記者了解到,在歐盟發(fā)布的《量子信息處理和通信:歐洲研究現(xiàn)狀、愿景與目標(biāo)戰(zhàn)略報(bào)告》中,歐洲就將“重點(diǎn)發(fā)展量子中繼和衛(wèi)星量子通信,實(shí)現(xiàn)1000公里量級(jí)的量子密鑰分配”寫入了歐洲未來(lái)五年和十年量子信息的發(fā)展目標(biāo)。
“隨著云計(jì)算的廣泛使用,人們對(duì)數(shù)據(jù)安全的要求越來(lái)越高。此外量子計(jì)算可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí),如何建立量子時(shí)代的信息安全漸漸在世界范圍內(nèi)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)?!敝x崇進(jìn)對(duì)記者說,盡管問題重重,量子保密通信作為目前安全等級(jí)最高的加密技術(shù),正逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可。
“2013年阿里巴巴就開始對(duì)量子通信進(jìn)行深入研究,2015年中完成量子傳送門的開發(fā)?!北M管對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的具體應(yīng)用諱莫如深,謝崇進(jìn)告訴記者,“這種新興的技術(shù),總得有人去探索,不是么?”