11月7日，中國(guó)電信副總經(jīng)理劉桂清透露，中國(guó)電信與科大國(guó)盾成立了量子安全合資公司，提前布局量子安全行業(yè)。

他首先介紹了中國(guó)電信“十四五”科技創(chuàng)新關(guān)鍵目標(biāo)：創(chuàng)新成果驅(qū)動(dòng)；提升自主掌控的核心能力；持續(xù)加大科技創(chuàng)新投入（2023年研發(fā)投入占收比達(dá)到3%，到2025年保持持續(xù)增長(zhǎng)）；打造領(lǐng)先專業(yè)隊(duì)伍。

中國(guó)電信要在五大技術(shù)方向?qū)崿F(xiàn)自主掌控能力突破，包括云網(wǎng)融合，5G與邊緣云，數(shù)字化，網(wǎng)信安全，前沿技術(shù)（量子科技、6G、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)）

他透露，中國(guó)電信正在推動(dòng)量子等前沿技術(shù)研發(fā)落地，與科大國(guó)盾合資成立量子安全合資公司，提前布局量子安全行業(yè)。

此外，中國(guó)電信還將推進(jìn)量子安全通信網(wǎng)建設(shè)，創(chuàng)新量子安全產(chǎn)品應(yīng)用，比如量子安全通話，量子安全視頻會(huì)議，量子安全云等。

近日，中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉發(fā)表了題為《新量子革命》的演講。他回顧了量子科技發(fā)展的歷程，展示了量子科技在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)為我們描繪了未來量子科技更加廣闊豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。

解決現(xiàn)代信息技術(shù)瓶頸

潘建偉表示，最早的量子革命其實(shí)直接催生了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，1990年普朗克提出量子論之后，無論在信息領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、材料領(lǐng)域和生命領(lǐng)域量子技術(shù)都有非常廣泛的應(yīng)用，從某種意義上來講，正因?yàn)榱孔蛹夹g(shù)的發(fā)展才催生了現(xiàn)代的信息技術(shù)。在當(dāng)下，在人民享受著現(xiàn)代信息技術(shù)給我們生活帶來便利的同時(shí)，現(xiàn)有的技術(shù)也已遇到瓶頸。

第一方面是信息安全的瓶頸。無論在網(wǎng)絡(luò)終端、傳輸網(wǎng)還是服務(wù)器等地方，我們都面臨著各種各樣網(wǎng)絡(luò)信息安全的威脅。網(wǎng)絡(luò)安全的一個(gè)基石就是所謂的加密算法，而經(jīng)典加密算法主要依賴于計(jì)算復(fù)雜度，理論上都是會(huì)被破解的。比如說RSA512位，1999年被破解了，768位在2009年被破解了。目前美國(guó)也在主導(dǎo)研究一些后量子密碼來連接計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。與此同時(shí)，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，我們對(duì)算力也有了很強(qiáng)的要求，但是目前全世界的計(jì)算能力，包括我們的手機(jī)全部加起來都沒辦法一年里完成對(duì)2的90次方數(shù)據(jù)的窮舉搜索。我們以往發(fā)展算力的模式是把集成度越做越高，但是隨著晶體管的尺寸達(dá)到了納米量級(jí)，晶體管的原理將不再適應(yīng)，也就是摩爾定律已經(jīng)逐漸逼近極限。

有意思的是，量子力學(xué)在第一次量子革命當(dāng)中催生了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過百余年的發(fā)展過程，它自己已經(jīng)為解決這些問題做好了技術(shù)的準(zhǔn)備。

什么叫量子？量子其實(shí)非常簡(jiǎn)單，它只是一個(gè)物質(zhì)的概念，在微觀世界的一種范疇，也就是它是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，也是能量的基本攜帶者，它一個(gè)基本特性叫做不可分割。什么意思呢？比如說一束激光器照過來，如果你能夠拿著一個(gè)非常細(xì)微的能量器去測(cè)量的話，發(fā)現(xiàn)這束光里面其實(shí)是由一個(gè)個(gè)小顆粒組成的，叫做光子，光子是不能再分的，不能分為1/2、1/3的光子，對(duì)于這樣的微觀個(gè)體跟我們的每天生活不一樣。在我們每天生活當(dāng)中，比如有一只貓只適合這個(gè)狀態(tài)里面的某一個(gè)，或者開和關(guān)，所以給它加載一個(gè)比特的信息，但到量子世界，這個(gè)微觀個(gè)體不僅可以處于活的狀態(tài)，也可以處于死的狀態(tài)，在某些特殊的條件下可以處于又死又活相關(guān)狀態(tài)的疊加。這種概念用到兩個(gè)粒子的時(shí)候就產(chǎn)生了量子糾纏的概念，這兩只貓?zhí)幱谶@樣一種活活加上死死疊加的時(shí)候，不管它們相距多少遙遠(yuǎn)，你去測(cè)量它的時(shí)候當(dāng)時(shí)的結(jié)果是隨機(jī)的，但是兩邊的結(jié)果是一模一樣。

量子科學(xué)家在研究中發(fā)展了量子調(diào)控技術(shù)，從而催生了量子信息技術(shù)。量子調(diào)控技術(shù)是什么樣子呢？比如拿一杯水讓你喝掉一口，就像一個(gè)經(jīng)典的技術(shù)，很簡(jiǎn)單。但是請(qǐng)你喝掉一個(gè)水分子，這在技術(shù)上變成非常困難的問題，一旦你掌握了這種技術(shù)之后就可以做很多事情，就可以對(duì)量子狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控。

目前這個(gè)技術(shù)有兩個(gè)典型應(yīng)用，一個(gè)叫做量子通訊，它可以提供一種原理上是無條件的安全的通訊方式，利用量子計(jì)算可以提供一種超快的算力。具體來說，量子通訊里面有兩種典型的應(yīng)用方式，目前比較成熟的是先用它來輸入密鑰，它的原理非常簡(jiǎn)單，潘建偉形象描繪道：“張三給李四專門送一個(gè)單光子過去，如果中間有一個(gè)竊聽者的話，因?yàn)檫@個(gè)光子是不可分割的，所以它不能像傳統(tǒng)的光通訊里面可以分出一點(diǎn)來，你可以竊聽光路里面的信息，但是在送密鑰信息過程中，要么把單光子拿走了，要么沒有拿走，拿走的這些密鑰就不要了，沒拿走這些可以產(chǎn)生密鑰。”

“利用量子的不可分割性，量子疊加性提供原理上安全的量子密鑰分發(fā)，有了這個(gè)密鑰分發(fā)就可以實(shí)現(xiàn)加密內(nèi)容不可破譯的保密通訊，這就是跟傳統(tǒng)光通訊的不同之處。”潘建偉稱。

他表示，對(duì)于量子通訊，大家更希望的應(yīng)用方式是直接傳遞信息，信息本身可以作為一種量子計(jì)算的基本單元。我們可以構(gòu)建一個(gè)量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，其算力可以呈指數(shù)增長(zhǎng)，比如說大數(shù)分解，利用萬億次經(jīng)典計(jì)算機(jī)分解一個(gè)300位的大數(shù)，需要15萬年，而利用萬億次的量子計(jì)算機(jī)就只需要1秒鐘。

面向未來的應(yīng)用場(chǎng)景

那么量子技術(shù)走向?qū)嵱玫降仔枰嚅L(zhǎng)時(shí)間？潘建偉介紹稱，在量子通訊方面，尤其是量子保密通訊已經(jīng)比較成熟了，我們可以非常方便地利用傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行量子密鑰的分發(fā)，實(shí)現(xiàn)城域的量子保密通訊，利用中繼可以實(shí)現(xiàn)城市間的量子通訊，來自衛(wèi)星遠(yuǎn)距離支持之下可以開展廣域的量子通訊。這在過去20年中，我們國(guó)家的很多學(xué)者、團(tuán)隊(duì)都做了一些工作。按照目前的技術(shù)發(fā)展，大約3-5年后，收發(fā)端就可以集成到傳統(tǒng)的通訊系統(tǒng)里面，它的大小大概就是手機(jī)大小。因?yàn)槠鸩捷^早，這些核心器件都已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。它的應(yīng)用也比較簡(jiǎn)單，就是在傳統(tǒng)光纖里面加一些輔助的設(shè)備，可以把密鑰送到千家萬戶，如果說你要絕密就要一次一密，如果不是絕密的，也可以跟經(jīng)典的加密算法結(jié)合在一起進(jìn)行安全和效率雙兼顧的保密通訊，其穩(wěn)定性跟傳統(tǒng)的光通訊是一致的。

目前，中國(guó)在國(guó)際通信聯(lián)盟和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織里面都在牽頭進(jìn)行量子密鑰分發(fā)的安全的要求和評(píng)估方法。在自由空間方面，經(jīng)過十多年的努力，墨子號(hào)的量子衛(wèi)星發(fā)射成功，較好地完成三大任務(wù)，潘建偉團(tuán)隊(duì)也做了一些原理性相關(guān)的工作。他表示，從長(zhǎng)遠(yuǎn)上來講，希望在未來發(fā)展中，高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的密鑰分發(fā)，以滿足密鑰部門業(yè)務(wù)化的運(yùn)營(yíng)。

潘建偉還介紹了其有關(guān)量子計(jì)算方面的一些部署，首先第一步是想造出一臺(tái)機(jī)器，可以比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)算得快。第二步希望能夠做幾百個(gè)量子比特的專用量子模擬機(jī)，它能算一些很有用的事情。將來通過20年左右的努力實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算。

他認(rèn)為，量子計(jì)算目前的發(fā)展比我們想象的要快。谷歌在2019年底宣布實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了在200秒內(nèi)完成當(dāng)時(shí)世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1萬年的時(shí)間才能完成的計(jì)算。近期我國(guó)在光子體系和超導(dǎo)體系也有望超越谷歌的量子優(yōu)越性。從遠(yuǎn)期來講，我們希望通過20年、30年的努力先推廣量子保密技術(shù)，將來隨著量子技術(shù)的發(fā)展，可以在云上提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，這樣就可以實(shí)現(xiàn)天地一體的量子互聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)然前提是我們具備基本功能通用的量子計(jì)算機(jī)。

責(zé)任編輯：xj

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