從量子通信到量子互聯(lián)網(wǎng)的蛻變演繹

從遙不可及的量子計(jì)算機(jī)幻想，到量子通信市場(chǎng)的探索式前進(jìn)，走在未來(lái)科技前沿的全球量子互聯(lián)網(wǎng)將成為趨勢(shì)方向。索邦大學(xué)物理學(xué)教授朱利安·洛拉介紹，“伴隨著量子網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)通訊系統(tǒng)規(guī)劃日益成型，量子糾纏分發(fā)將成來(lái)現(xiàn)實(shí)，繼而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的相互連接。”

量子計(jì)算機(jī)的原理應(yīng)用

量子計(jì)算機(jī)，可以在無(wú)限小的尺度上利用物質(zhì)的奇異特性，理論上能夠在幾分鐘內(nèi)解決很多傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的計(jì)算問(wèn)題。

不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用的二進(jìn)制比特，量子計(jì)算機(jī)使用的是基于量子力學(xué)原理的量子比特。這些量子比特是哈密頓量（它是能量函數(shù)）的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的疊加態(tài)，也就是說(shuō)，它們可以同時(shí)處于多種不同狀態(tài)中的某一種狀態(tài)。

在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特直接作用于量子門，并在它們之間形成連通。這個(gè)過(guò)程被稱為量子糾纏，它允許計(jì)算機(jī)在執(zhí)行計(jì)算時(shí)執(zhí)行非常復(fù)雜的運(yùn)算。在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特的狀態(tài)則許計(jì)算機(jī)在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上同時(shí)處理多個(gè)計(jì)算目標(biāo)，并能夠確保在處理大數(shù)據(jù)集時(shí)保持高速。

目前，量子計(jì)算機(jī)的研究雖然仍處于初級(jí)階段，但已經(jīng)在量子密碼學(xué)、新型藥物研發(fā)、金融分析、氣候建模等方面有了很多前瞻性的應(yīng)用程序和場(chǎng)景。而且，在不久的將來(lái)，伴隨著新材料、新設(shè)計(jì)和更好的軟件將應(yīng)用于研發(fā)量子計(jì)算機(jī)，更多的實(shí)驗(yàn)室成果將陸續(xù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用程序，并給諸多領(lǐng)域帶來(lái)巨大的變革。

量子通信及其在中國(guó)的發(fā)展

量子通信，是一個(gè)得益于量子加密密鑰的超級(jí)安全的通信網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)波士頓咨詢公司近期的一項(xiàng)調(diào)查，后量子密碼學(xué)和量子通信的新興市場(chǎng)蘊(yùn)含著巨大的潛力。到2030年，這個(gè)市場(chǎng)的規(guī)模將可達(dá)100億美元，與量子計(jì)算市場(chǎng)的規(guī)模（60億到120億美元）相當(dāng)。

目前，人們使用許多標(biāo)準(zhǔn)算法傳輸加密密鑰，其中最著名的是RSA算法。而系統(tǒng)之所以是安全的，是因?yàn)橐慌_(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法解讀如此復(fù)雜的計(jì)算。“安全是通過(guò)物理學(xué)的方式來(lái)保證的，它是一種內(nèi)在的安全。”據(jù)索邦大學(xué)物理學(xué)教授朱利安·洛拉介紹，如果有人截取量子通信，其會(huì)自動(dòng)破壞它。

以中國(guó)為例，在量子通信領(lǐng)域的研究已取得突破性進(jìn)展。在產(chǎn)業(yè)鏈上游，華為、中興等通信設(shè)備商為量子通信提供經(jīng)典通道。在產(chǎn)業(yè)鏈中游，量子保密通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維商，如神州信息、中國(guó)通服等傳統(tǒng)運(yùn)維商與量子網(wǎng)絡(luò)公司共同參與運(yùn)維。在產(chǎn)業(yè)鏈下游，量子通信技術(shù)在金融、軍事、政務(wù)、商務(wù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。阿里巴巴與國(guó)盾量子、中興通訊合作的OTN量子安全加密通信系統(tǒng)等案例，充分展示了量子通信在各行業(yè)應(yīng)用的巨大潛力。

量子互聯(lián)網(wǎng)呼之欲出

量子通信，基于兩點(diǎn)之間的信息傳輸是一種已經(jīng)被證明的技術(shù)。“粒子的量子特性是只能讀取一次。”泰雷茲公司科學(xué)總監(jiān)馬爾科·埃爾曼強(qiáng)調(diào)，“我可以編碼一組量子態(tài)光子，就相當(dāng)于傳統(tǒng)密鑰，以二進(jìn)制形式傳輸。這就是人們所說(shuō)的量子密鑰分發(fā)。”但是，“密鑰由光子攜帶，后者通過(guò)光纖傳輸，就像我們的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)一樣。但在最多50到150公里后，這些光子就會(huì)被吸收。”這就要求我們需要建立的是一個(gè)大都市規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，而不是一個(gè)國(guó)家或世界規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

“下一階段，將要實(shí)現(xiàn)量子糾纏分發(fā)。有了這個(gè)，我們將能夠使計(jì)算機(jī)相互連接。”洛拉說(shuō)，基于此，一個(gè)真正的量子互聯(lián)網(wǎng)將真正形成。