新華社上海電(記者周琳)離8月16日世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」成功發射升空已有月餘。理論意義上不懼怕任何監聽的量子通信,在刷屏同時,是否真正能做到絕對安全、是不是被歐美科研拋棄的質疑,一直不絕於耳。資本市場的熱捧,更是讓不少量子概念「一擁而上」。
從對撞機建否的觀點碰撞,到對量子通信的質疑,科學歡迎爭鳴、卻也分真假。20日,中國科學技術大學常務副校長、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心主任潘建偉院士在上海參加「對話張江」活動時,對量子通信的一些問題作了解讀。
關於安全:
抗幹擾能力如何?是否夠穩定?
量子衛星上天后,網絡上有文章質疑,這是不是歐美不玩的領域?如果歐美都做不好,我們能做好嗎?針對在量子通信領域的國際競爭格局,潘建偉表示,中國正在領跑,歐美也在加緊布局。
例如近期,美國國家科學技術委員會(NSTC)發布題為《發展量子信息科學:國家的挑戰與機遇》的報告。今年5月,歐盟委員會在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的歐洲量子會議上宣布,計劃啟動10億歐元量子技術旗艦計劃。
「過去我們的科研跟跑的年數太久了,很多人甚至認為好的東西都得跟在歐美後面才合理,這種感受很不好。這就是我們取名『墨子號』的原因。」潘建偉說,墨子最早用實驗證明光沿著直線傳播,提出粒子概念和牛頓慣性定律的雛形,因此被稱為「科聖」。「我們想用名字提醒大家,中國人也可以做很好的科學。從前有、現在有,將來會有更多。」
對於量子通信的安全性,網絡上有質疑聲音認為,如果說當一段密碼信息被竊聽,就會改變量子的狀態而暴露竊聽行為,這一段密碼會被廢棄；那麼,如果這種竊聽行為一直存在,密碼一直廢棄,是不是意味著密鑰永遠無法傳輸,絕對安全其實犧牲了傳輸的穩定性?
面對這一質疑,潘建偉回應表示,上述描述的狀態,是對通信的過程造成幹擾。如果幹擾一直在進行,其他的通信模式同樣無法繼續。無論是量子通信,還是傳統通信,如果想要其無法進行,進行幹擾的成本是一樣的。
「傳統通信的抗幹擾能力並不比量子通信強,只不過平時別人不想幹擾你,恨不得你一直在說,以竊取更多的信息。」潘建偉說,舉例來說,如果有竊聽者控制了整個網絡,無論是經典通信、量子通信,都無法繼續進行。但如果沒有控制整個網絡,量子的測不準等原理,可以讓傳輸做到無條件安全。
事實上,不少人也擔心,現在的量子通信只是密鑰是通過量子加密的,其他信息還是經典通信,能實現絕對安全嗎?
潘建偉表示,已有無數實驗證明了量子糾纏態的原理。兩顆處於糾纏態的粒子,如果對其中一個進行測量,實驗數據中100KM外的另一個粒子也會發生相應塌縮。「或許我們現在還不明白為什麼會產生塌縮,但這並不妨礙以此為基礎進行有用的嘗試。」
量子加密傳輸就是嘗試之一。潘建偉介紹,平時的電話、郵件等溝通,經典通信已經能做到很好,只需要將密碼通過量子加密完成,解決安全問題即可,無需將多種大容量的信息都進行量子傳輸。
關於未來:
「墨子號」衛星是一錘子買賣嗎?
對於量子衛星的未來規劃,潘建偉希望,五年內衛星全天時「通信」,儘快形成「星群」完成廣域傳輸。
原定於7月就擇機發射的「墨子號」最終選擇了8月中旬正式升空,推遲了近1個月的原因一直被猜測。潘建偉介紹,發射前忽然發現雷射器能量快速下降,如果盲目發射,「墨子號」就可能成為一個「瞎子」,無法完成高空到地面的光束對準。「不過發射月餘至今,墨子號所有在軌測試都是很良好的,我們對於完成後續實驗很有信心。」
看似2011年立項、2016年發射的量子衛星只走過了五年時光,事實上來自多領域的技術團隊為其儲備了20年的時間,用上了看家本領。潘建偉認為,這並非一家、一人的成果。
例如,中科院上海技術物理研究所、中科院成都光電所提供的光學跟秒技術；中科院微小衛星創新研究院為衛星解決穩定性問題等。潘建偉介紹,自己的技術團隊主要負責的是從光束釋放的萬萬億光子中,過濾掉太陽光,找出一個個光子並加載信息,「就要比大海撈針還要精確」。
但是,未來想要實現廣域的量子通信,一顆衛星還遠遠不夠。「墨子號」如同一個探路者,承擔著探索和研究等多重任務。「譬如說,一顆衛星從軌道上每天經過上海大概只有一軌,也就只有幾百秒,每秒鐘可以送1萬個密鑰,幾百秒可以送幾百萬密鑰的信息。而有這麼多用戶,還遠遠不夠。」潘建偉說。
潘建偉說,希望能再通過五年時間,有至少兩顆衛星都可以在白天做實驗,解決衛星與衛星間通訊全天時的問題。再通過十年左右的努力,形成「星群」,與地面臺站結合,逐步構建起天地一體的量子通信廣域傳輸網絡。
關於產業化:
受資本市場追捧好不好?
對於量子衛星的產業化,潘建偉表示,要穩步推進,不能讓一些李鬼把概念亂用。
「墨子號」升空後,量子通信成為科學界絕對的「網紅」,也成為資本市場追捧的方向。根據不完全統計,目前資本市場的量子概念股就不下十家。在電商平臺上搜索,還有不少「量子弱磁場檢測儀」等產品,甚至還滋生出「量子醫學」的概念。
「量子通信的概念炒得過熱,我有些擔心,這並不是科學的態度。」潘建偉說,一方面民眾對科學概念的崇尚產生出崇拜感,而另一方面科普宣傳做得還不夠,不少商家就用「概念」包裝,欺騙民眾。潘建偉舉例說,前一陣子還有親戚說,掛了一個量子掛墜在胸前,它每天能輻射出一些東西,可以防癌；前陣子還有人說用「量子波」打到油桃上面,這個油桃長出來就會對身體特別好。「聯想到當年有人炒作所謂的『納米水』,讓人哭笑不得。」
專家指出,量子技術的前景應用非常好,但真正應用到百姓生活起碼還要10到15年。由於成本高等因素,目前量子通信的用戶主要還是政府、軍方、金融機構、大型企業等。潘建偉表示,如果光纖鋪到千家萬戶且都改造了設備,在手機上增加量子傳輸密鑰的晶片,15年後進入千家萬戶也並非不可能。
「李鬼亂搞可能把量子的概念亂用了。好多公司傍上概念,也是為了在資本市場套取好處。」潘建偉說,廣大投資者在投資量子概念股、使用量子產品時要搞清楚,究竟是不是「真量子」。如果自己無法判斷,歡迎來請教相關科學家。
■合肥:量子隱形傳態首次實現
繼發射全球首顆量子通信衛星之後,中國科學技術大學潘建偉團隊與相關單位合作,近期在合肥量子城域通信試驗網上首次實現了預先糾纏分發的獨立量子源之間的量子態隱形傳輸,為我國未來構建可擴展的大規模量子網絡奠定了基礎。國際權威學術期刊《自然·光子學》9月19日發表了該成果。
量子隱形傳態是基於量子糾纏特性出現的一種新型通信方式。根據量子力學研究,一旦兩個量子之間產生了「糾纏」關係,那麼無論相隔多遠,一個量子的狀態發生變化,另一個也會瞬時相應變化。但要實現量子隱形傳態,必須達到糾纏態預分發、獨立量子源幹涉和前置反饋三個要素,之前國際上還沒有任何一個量子隱形傳態實驗能同時滿足要求。
據了解,潘建偉團隊首先與清華大學合作開發了適合光纖網絡傳輸的時間相位糾纏光子源,然後通過發展皮秒級的遠程光同步技術和光纖布拉格光柵進行窄帶濾波,成功地解決了兩個獨立光子源之間的同步和幹涉問題。同時,他們開發了針對遠距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實驗系統的穩定性等問題的主動反饋系統。
最後,他們利用中科院上海微系統所開發的超導納米線單光子探測器,在全球首個規模化量子通信網——合肥量子城域通信網絡的30公裡光纖上,實現了滿足上述三要素的量子隱形傳態實驗。
團隊成員張強介紹,現有的量子保密通信主要是通過量子密鑰對經典信息進行加密傳輸,但隨著技術的發展,最終的量子保密通信將會實現量子信息的傳輸,通過光纖網絡進行量子隱形傳態有望大大提高網際網路連接的安全性和強度。
該實驗得到《自然·光子學》雜誌審稿人的高度評價,稱其「提供了一個符合未來量子通信網絡應用的藍圖」。
(記者徐海濤)綜合新華社報導