劉愛華

8月16日凌晨1時40分，由中國科學家研制的全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，立刻引發(fā)全球關(guān)注。

為什么說量子通信能實現(xiàn)“絕對安全”？

傳統(tǒng)的信息安全都是依賴于復雜的算法，只要計算能力足夠強大，再復雜的保密算法原理上都能夠被破解。而量子通信到底有什么“訣竅”，可以“防破譯”，實現(xiàn)絕對安全呢？

這就要從量子的特殊性“量子疊加”說起。量子，是構(gòu)成物質(zhì)能量的基本單元，是能量的最小攜帶單位，所有的微觀粒子（包括分子、原子、電子、光子）都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。在經(jīng)典物理世界里，物質(zhì)的狀態(tài)可以用0和1來描述，非0即1；而在量子世界里，物質(zhì)的狀態(tài)可以同時處于0和1的疊加狀態(tài)。

奧地利物理學家薛定諤曾經(jīng)用著名的“薛定諤的貓”這一思想實驗來解釋量子的疊加性。實驗是這樣的：在一個盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時有50%的概率放射性物質(zhì)不會衰變，而貓將活下來。根據(jù)經(jīng)典物理學，盡管外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果，但是，在盒子里必將發(fā)生這兩個結(jié)果之一。在量子的世界里，當盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個系統(tǒng)則一直保持不確定性的狀態(tài)。

量子疊加狀態(tài)導致了量子力學的不確定原理，即如果事先不知道單個量子狀態(tài)，就不可能通過測量把狀態(tài)的信息完全讀取，也就不能復制。對任意一個未知的量子態(tài)進行完全相同的復制過程是不可實現(xiàn)的，這被稱為“量子不可克隆原理”，從理論上保證了量子密碼的絕對安全。

“墨子號”升空有何重大意義？

先來看兩則曾經(jīng)震動世界的新聞：2013年的棱鏡門事件，2015年《紐約時報》爆出美國國家安全局監(jiān)聽谷歌、雅虎用戶通信信息一事，充分暴露出信息安全領(lǐng)域存在的隱患。然而這只是眾多信息安全泄露事件中暴露出的冰山一角，隨著計算能力的飛速提升，破譯數(shù)學密碼的難度也逐漸降低，信息安全隱患就像懸在各國安全領(lǐng)域的達摩克利斯之劍。

“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，顧名思義，就是用于量子實驗研究的衛(wèi)星。當其他國家的量子實驗研究還只是停留在地面范圍時，中國的量子實驗研究已經(jīng)“搬上太空”，率先跨入了“星地時代”。

澳大利亞《衛(wèi)報》在報道“墨子號”成功發(fā)射的文章中指出，此次中國發(fā)射量子衛(wèi)星將進行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實驗、長距離的量子糾纏分發(fā)實驗，將有望實現(xiàn)遠距離的“防破譯”的通信，保證數(shù)字信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

也就是說，一方面，從國家戰(zhàn)略層面來說，率先發(fā)射量子科學實驗衛(wèi)星，意味著中國或?qū)⑾扔跉W美擁有量子通信覆蓋全球的能力，從而實現(xiàn)量子通信技術(shù)的全球領(lǐng)跑，使我國在國際競爭中占領(lǐng)制高點，保障國家信息安全；另一方面，量子科學實驗衛(wèi)星的發(fā)射也是我國綜合國力提升的具體體現(xiàn)，并將進一步對我國經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

它的市場化應(yīng)用前景如何？

實踐證明，此前量子力學的發(fā)展已經(jīng)給人類生產(chǎn)生活帶來極大的好處，比如激光、半導體、核能等技術(shù)的利用與普及。

“墨子號”量子衛(wèi)星首席科學家、中國科大常務(wù)副校長潘建偉院士認為，如果量子科學實驗衛(wèi)星成功運行，中國將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建一個廣域量子通信體系。結(jié)合地面即將建成的“京滬干線”千公里級廣域量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)，可以初步構(gòu)建我國空地一體的廣域量子通信體系，為率先建成全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

有專家認為，量子通信代表了數(shù)據(jù)傳輸速度與安全的未來方向，是一座萬億級別的產(chǎn)業(yè)富礦。據(jù)估算，短期內(nèi)量子通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模即可達數(shù)十億元，而隨著網(wǎng)絡(luò)區(qū)域擴大及衛(wèi)星量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，未來市場空間將更為廣闊。