新闻内容
2016年08月23日 上一期 下一期

南京大学物理学院教授马小松: 资本追逐量子通信 商业化应用仍需时日

杜弘禹;杨群

    本报记者 杜弘禹 实习生 杨群 广州报道

    如何评判全球首颗量子卫星“墨子号”成功发射升空?

    显而易见的是,中国在量子通信领域的探索一举走在世界前沿,成为首个实现星地间量子通信的国家;这项技术未来也将有望改写人类的通信方式,尤其是在通信安全方面将有革命性突破,对信息社会意义重大。

    但最重要的一点是,随着量子计算的快速发展,传统保密方式逐步从“一堵墙”变成了“一张纸”,未来有可能被轻易“捅破”,这对量子通信的发展提出了新的需求。

    21世纪经济报道记者近日就此专访了南京大学物理学院教授、博士生导师马小松。他一直致力于长距离量子通信和集成量子光学芯片科学研究,并与“墨子号”量子卫星首席科学家潘建伟有着相似的学术背景:毕业于奥地利维也纳大学物理系,并师从量子实验研究的世界级大师蔡林格。

    马小松认为,量子通信作为一个新兴的产业,将成为通信行业不可忽略的一个方向。不过,量子通信技术融合到大众日常消费的产品中去可能还需要很长一段时间,而最先突破的一定是对于信息安全最敏感的一些领域,包括国防军工、金融等行业。

    下一步将实现对量子通信关键技术的突破

    《21世纪》:“墨子号”的成功发射对中国的量子科学来说意味着什么?

    马小松:此次“墨子号”量子卫星的成功发射,应该可以说是中国在量子通信领域实现对欧美国家的一次弯道超车,意义十分重大。

    从通信方式的角度看,量子卫星旨在探索星地之间的量子通信,范围可覆盖国与国,甚至是大洲与大洲之间的长距离、大范围的量子通信。第二个层次是城市间的量子通信,也就是国家正在实施的“京沪干线”和“沪杭干线”;第三个层次则是城市内部的拓展应用。因此,可以看出,我国未来的量子通信的探索路径应是依靠“墨子号”量子卫星,多层次推进,站位较高,系统性强。

    《21世纪》:中国量子卫星已发射升空,并且地面的光纤量子通信网络也在铺设当中,那么中国量子通信下一步的关键是什么?

    马小松:从技术上看,“墨子号”的主要功能是进行密钥分发,准确地说是利用光量子态对经典信息进行加密,这只是第一步。量子通信的真正实现,下一步是需要对长距离量子隐态传送以及量子中继的通讯协议的进一步突破。

    通俗来说,就是直接利用量子比特对信息进行传输。这也是量子通信的一项基础、关键的技术,对于未来更为复杂的包含量子中继系统的量子通讯网络来说不可缺少。

    2012年,我与蔡林格教授一起主导了长距离量子隐态传送实验,我们在非洲西海岸的加那利群岛上成功实现了143公里的量子隐形传态,还与潘建伟院士团队在青海湖的工作一起延拓了量子隐态传送的距离,这些都为将来的星地间量子隐形传态实验打下基础。

    量子通信和量子计算的矛与盾

    《21世纪》:从量子科学的角度来看,国内外的研究分别是什么情况?

    马小松:量子科学分为量子通讯和量子计算两大方向。分别来看,此次“墨子号”量子卫星的发射,表明中国在量子通信上处于国际前沿,或者也可以说中国在“量子航天”这轮竞赛中处于领先位置。

    国外方面,除日本外,欧盟曾启动一个较大项目,一共有26个国家参与,但是一直停滞不前;美国政府一直非常支持量子通信研发,但他们的研究进展隐藏得比较好,不过从一些会议上可以看出进展还是比较快。

    国内方面,中国科技大学、南京大学等高校科研院所也在加大探索力度,包括致力于在多光子干涉系统、光学器件集成化和芯片化等方面的科研。

    值得注意的是,相比量子通信,中国的量子计算却略显不足。事实上,量子通信和量子计算相辅相成,互有联系,因此建议国家应在加大量子通信科研的同时,也应该重视量子计算,两方面都应侧重。

    《21世纪》:如何理解量子通信和量子计算的内在关系?

    马小松:二者的一个逻辑联系点在于信息安全。首先,经典保密通信所使用的是RSA公钥密码,其安全性是建立在现有计算技术难以攻克的基础上,因为就现有计算机的性能,破解难度很大。但未来一旦出现量子计算机,那将犹如一把最锋利的矛,将传统的保密方式一捅而破。

    届时,一个原本需要上万年才能破解的密码,使用量子计算机几分钟就可以破解,这将极大挑战包括银行密码在内的社会信息安全。

    事实上,人工智能的发展、日渐频繁的黑客攻击也早已使得人们对信息安全更加重视,迫切寻求一种更为安全的通信方式。量子通信正是在此背景下获得全球范围内的重视。它就是能够构筑一个坚硬的盾,以确保信息安全。

    这也正是量子通信的重要意义所在。也可以这么说,量子通信和量子计算就是“一矛一盾”,围绕信息安全,彼此的争斗未来将持续下去。

    通俗来说,量子计算是推动量子通信发展的那一股关键力量,我个人甚至更愿意将量子计算的发展作为未来量子通信发展时间表的依据。

    另一方面,量子计算机也将能解决物理、生物和化学等领域的诸多难题。目前,前述领域的诸多问题事实上已进入量子范畴,而我们用的仍是传统工具。

    《21世纪》:量子通信真的是绝对安全吗?

    马小松:从原理上看,量子通信确实可以彻底解决信息安全问题,这在物理学原理和数学上都早已经过严格证明。

    不过,想要理解量子通信的安全性,首先需要理解两个问题。

    第一,为什么量子力学可以帮助我们对信息进行加密?量子力学有两个基本性质,首先是量子态,光子的量子态有一个奇异的特性,就叫叠加性。“薛定谔的猫”说的是在量子的世界里,这只猫是处在既是生又是死的生死边缘状态。其次是量子态的不可克隆性,指的是没有办法把量子态复制出来。因为具备这两种特性,我们就能够对信息进行密钥加密。

    第二,为什么可以利用这种两种特性进行加密?首先,我们可以利用叠加态对光子不同阶进行信息编码;其次,量子的不可克隆性保证信息的安全性,而且还可以通过收发端的一些机制探测骇客的存在,从而进一步避免信息外露。

    国内外IT巨头纷纷涉足量子通信

    《21世纪》:你认为量子通信的应用遥远吗?哪些领域可能率先突破?

    马小松:从保密通信的角度来看,量子通信最先应用的一定是对于信息安全最敏感的一些领域,包括国防军工、金融等行业。

    量子通信距离普通人生活还有多远?我想这取决于运行成本。对于个人来说,个人的财务信息是有保密需求的,因此只要能够把成本降低的话,我相信在不久的将来,量子通信也会跟我们普通人的生活息息相关。事实上,从过去发展经验来看,这将是一个递进过程,会与个人电脑的普及历程一样。

    《21世纪》:资本早已表现出对量子通信的浓厚兴趣,你怎么看?

    马小松:首先,大部分通信企业以及网络企业未来会慢慢涉足这个领域。事实上,现在也早就已经开始,比如谷歌、微软和IBM等国外IT巨头,以及国内的阿里巴巴、华为等都已经开始涉足。其中,华为已建立量子通信研究所。

    所以,我认为量子通信作为一个新兴的产业,将成为通信行业不可忽略的一个方向。不过,如果说要将量子通信技术融合到大众日常消费的产品中去,我认为这还需要很长一段时间,可能难免会有一系列现实问题需要解决。

    其次,“墨子号”量子卫星的升空,事实上提供了一个重要的独特的试验平台。量子科学是一个不可思议的领域,而未来借助这一平台,中国的量子科学以及相关的学科将能得到更新更高的拓展,比如精密测量,这就将产生不可限量的科学研究方向和成果,也将孕育相应的商业机会。

    (编辑:何苗。如有意见或建议请联系:duhy@21jingji.com;hemiao@21jingji.com)