量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射在即，其攻關(guān)試驗(yàn)均已完成；2025~2030年，覆蓋中國的量子通信網(wǎng)絡(luò)終將建成，未來——

2016年，天空中將會(huì)多出一顆耀眼的星，而它就是即將發(fā)射的“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。

“前面的攻關(guān)試驗(yàn)都已經(jīng)做完了。”中國科大微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室研究員彭承志說，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將如期發(fā)射。

這意味著，量子通信將具備覆蓋全球范圍的能力。“不過，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星是一顆低軌衛(wèi)星，只能在晚上進(jìn)行量子通信，空間覆蓋能力和應(yīng)用都還比較有限。”彭承志說，為了提高量子通信的范圍和應(yīng)用能力，他們可能還會(huì)考慮量子星座的研制。

邁出量子通信第一步

隨著網(wǎng)絡(luò)通信的飛速發(fā)展，賬號(hào)保護(hù)、傳送安全等成為人們?nèi)找骊P(guān)心的問題。作為以量子力學(xué)基本原理為基礎(chǔ)的全新通信技術(shù)，量子通信被視為可以解決人們的擔(dān)憂、無條件保障通信安全的最有效方式。

而如何讓這一方式更好地服務(wù)于廣大用戶，一直是學(xué)界研究的熱點(diǎn)。中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，用辛苦和努力澆灌了一朵量子之花。

2012年2月17日，是讓團(tuán)隊(duì)成員、中科院量子技術(shù)與應(yīng)用研究中心副主任趙勇銘記在心的日子。當(dāng)天，歷時(shí)18個(gè)月建設(shè)的“合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)”終于完成了。

這是全球首個(gè)城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)，有了這一安全保障，示范網(wǎng)用戶傳遞的信息內(nèi)容就會(huì)變得不可竊聽、復(fù)制或破譯。

研制量子通信網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，研制量子通信微光探測核心器件，研制量子通信網(wǎng)控設(shè)備等產(chǎn)品……前期的工作做足后，擁有一個(gè)產(chǎn)品和技術(shù)的試驗(yàn)床，就顯得有點(diǎn)迫切。

“我們需要一個(gè)具有穩(wěn)定性和安全性的更大的平臺(tái)來檢測通信，同時(shí)積累量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。”趙勇說。

合肥示范網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，建成的示范網(wǎng)有46個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋合肥市主城區(qū)，用戶涵蓋省市政府機(jī)關(guān)單位、金融機(jī)構(gòu)、研究院所等。而直到現(xiàn)在，這些單位都是這一平臺(tái)上的創(chuàng)新參與者。

將通信安全距離擴(kuò)展至更遠(yuǎn)

如果說合肥示范網(wǎng)的建立是要建設(shè)一個(gè)技術(shù)試驗(yàn)床，那么，今年3月份投入使用的濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)則是面向用戶日常應(yīng)用的，希望更加貼合不同使用單位的要求。

目前，濟(jì)南量子網(wǎng)絡(luò)有90多家用戶單位，可以通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)量子通信集控站和終端，實(shí)現(xiàn)安全的語音和視頻通信、安全的文件傳真以及安全的數(shù)據(jù)傳輸。

“我們的平臺(tái)可以承載上千用戶。”趙勇說，“網(wǎng)絡(luò)目前是免費(fèi)提供給用戶使用的，試驗(yàn)網(wǎng)的目的是通過用戶的使用來進(jìn)行相關(guān)行業(yè)應(yīng)用模式的探索。”

濟(jì)南網(wǎng)的順利運(yùn)行，標(biāo)志著量子通信城域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。

“量子通信網(wǎng)絡(luò)需要在更大范圍里，通過更多的用戶體驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證其穩(wěn)定性，提高其可用性。”中國科大微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室研究員陳宇翱表示，只有具備了穩(wěn)定性，才會(huì)擁有更多的用戶。

記者了解到，建設(shè)中的量子通信“京滬干線”連接北京、濟(jì)南、合肥、上海，全長2025公里，提供4城市間網(wǎng)狀8Gbps加密應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。

“目前主要的使用對象還是銀行、證券公司等一些金融機(jī)構(gòu)。”陳宇翱說，北京、上海城域量子通信網(wǎng)將分別于今年年底和明年夏天建成。

陳宇翱告訴記者，2025~2030年，覆蓋全國的量子通信網(wǎng)絡(luò)也有望建成，“我們希望能將安全距離擴(kuò)展得更遠(yuǎn)，并且通過京滬干線來探索一定的商業(yè)盈利模式，將量子通信產(chǎn)業(yè)化”。

拓展量子應(yīng)用領(lǐng)域

在潘建偉等人看來，成功就是解決一個(gè)又一個(gè)問題。

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的研發(fā)亦是如此。研制一顆衛(wèi)星，需要考慮很多問題，包括如何提高精度，將量子信號(hào)從天上傳下來以及衛(wèi)星發(fā)射以后的空間適應(yīng)性問題。

盡管過程滿是艱難，所幸的是，這些問題都已得到很好的驗(yàn)證。現(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)成員們在期待衛(wèi)星發(fā)射的那一刻。

不過，對于團(tuán)隊(duì)的研究人員來說，努力并沒有到此為止。目前量子通信完成的還是最簡單的點(diǎn)對點(diǎn)的信息傳遞，真正要組網(wǎng)的話，還需要一段時(shí)間。

彭承志還表示，日后建成的量子通信網(wǎng)絡(luò)，要致力于與既有經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)的融合，“比如說加密這一塊，我們要提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，讓更多的外圍企業(yè)參與進(jìn)來”。

此外，通過量子通信的發(fā)展來帶動(dòng)量子測量和量子計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，也是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的期望，在他們看來，未來，“量子技術(shù)大有可為”。