量子通信的未来征途：梦想还是现实？

与非网 9 月 11 日讯，昨日，中国科学院与德国国立科学院联合举办了第一届双边研讨会。会上，中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟进行了题为“梦想还是现实？量子通信的过去、现在与未来”的报告。

对信息的安全传输是数千年来人类一直追求的梦想。理论上，所有依赖于计算复杂度的经典加密方法原理上都可以被破解，因此在历史发展中，经典密码学的每一次进步都被破解技术的进步所击败。那么人类能否发明一种密码工具来确保信息传输的安全性？具体而言，该如何在相距遥远的两地实现安全的密钥分配？

由于量子密钥分发过程中，线路的安全性是可以严格保障的，因此可能的安全性漏洞就集中在发射端和接收端。诱骗态方案和“测量器件无关”方案分别解决了上述两端的安全性漏洞。这两个方案均率先被潘建伟团队实现。

潘建伟在报告中指出，在人类实现远距离安全量子通信的征途上有两大挑战，分别是现实条件下的安全性问题和远距离传输问题。

迄今为止，在地面实验中，量子密钥分发的点对点距离可达到 500 千米量级，而量子隐形传态可达到 100 千米。那么，如何在此基础上继续增加量子通信的距离呢？

一个阶段性的解决方案是可信中继传输，我国建设的光纤总长超过 2000 千米的“京沪干线”便采用了这一方案。在可信中继方案中，需要人为保障中继站点的安全，而中继之间的线路则是安全的。这比传统通信手段中整条线路处处都面临着信息泄露的风险而言，大幅提高了安全性。

更为长远的方案是使用量子中继器。量子中继包括量子纠缠纯化、量子纠缠交换和量子存储等手段，可以在遥远地点间分发量子纠缠，从而实现远距离的量子通信。潘建伟团队在量子中继的核心环节取得了一系列重要成果，目前已可支持通过量子中继实现 500 千米的量子通信。但是量子中继器的实际应用可能还需要等待 10 年之久。

目前更为有效的方法是基于卫星的量子通信技术。这种手段不受地球表面障碍物的影响，在外太空也几乎没有衰减。我国于 2016 年研制成功并发射国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在国际上率先实现星地量子通信实验，充分验证了这一技术的可行性。

报告中，潘建伟展望量子通信的未来，描绘了一幅令人遐想的图景：通过量子卫星与地面光纤网络，并与经典通信网络相融合，未来将可形成覆盖全球的广域量子通信网络，全面提升信息安全水平。而利用广域的量子通信网络，人类可以发展出空间分辨率极高的望远镜技术；也可以构建高精度的光频率传递网络，精度相比现在的微波时频网络可以提高 4 个数量级。

而“墨子号”量子卫星发展的空间量子科学实验技术，也为物理学基本原理研究提供了全新的平台。

例如，最近潘建伟团队利用“墨子号”量子卫星对 Event Formalism 量子引力模型进行了检验，首次对量子力学和引力的融合进行了实验探索。

利用高轨空间极低的引力和磁场噪声，未来还有望实现精度高达 10-21 的光钟，将会促进对引力波信号，特别是低频信号的探测，可以揭示更为丰富的天文现象。

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