量子科技產(chǎn)業(yè)化之路

2021年，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”牽手“京滬干線”，中國科研團(tuán)隊(duì)成功組建了世界上首個(gè)天地一體化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了長達(dá)4600千米的綜合通信鏈路距離跨越，被稱為是量子通信“巨大的工程性成就”，為我國未來實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，量子科技的應(yīng)用范圍也會(huì)逐步擴(kuò)大，并慢慢融入普通人的日常生活。在騰訊新聞「空天計(jì)劃」《星空對(duì)話》欄目第4期節(jié)目中，中國科學(xué)院院士、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程常務(wù)副總設(shè)計(jì)師、衛(wèi)星總指揮王建宇圍繞量子科技的現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化預(yù)判，展開了深入的剖析和解讀。

量子信息學(xué)細(xì)分為3個(gè)方向

眾所周知，20世紀(jì)初有兩個(gè)非常著名的物理學(xué)重大發(fā)現(xiàn)，一個(gè)是愛因斯坦創(chuàng)建的家喻戶曉的“相對(duì)論”，還有一個(gè)就是“量子力學(xué)”。王建宇形象地舉了個(gè)例子，“可以這么說，如果沒有量子力學(xué)，就沒有現(xiàn)在的半導(dǎo)體工業(yè)，大家每天在用的手機(jī)，都不會(huì)存在”。

王建宇說，近些年量子力學(xué)又熱起來的原因是，在量子力學(xué)理論中，存在很多理論上可以推導(dǎo)出來，但是現(xiàn)實(shí)上還不能解釋的現(xiàn)象。近幾年來，由于物理和科技的發(fā)展，很多現(xiàn)象可以通過實(shí)驗(yàn)去解釋，甚至可以為我們所用，這相當(dāng)于量子力學(xué)又迎來了新一輪的革命。這也是我們現(xiàn)在所說的“量子信息學(xué)”，它包含三部分：量子通信、量子計(jì)算、量子測量。

簡單來說，借助量子是不可分割的以及量子是不可克隆的兩個(gè)物理特點(diǎn)，科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了量子通信;量子計(jì)算顯然沒有量子通信發(fā)展得成熟，“九章”計(jì)算機(jī)仍然只是一種理論上的探討，其一旦成功將顛覆現(xiàn)有計(jì)算理念;量子測量用途則非常廣泛，比如量子陀螺儀相比于光學(xué)陀螺儀，其不需頻繁調(diào)整，并能極大程度地保證測量精準(zhǔn)度。

量子通信不會(huì)替代現(xiàn)有通信技術(shù)

普通的衛(wèi)星通信與地面通信相比，有獨(dú)特的優(yōu)勢。地面通信會(huì)受到距離、障礙物等因素的影響，而衛(wèi)星通信則可以在地面通信無法到達(dá)的地方通過衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)距離的中轉(zhuǎn)和傳輸。那么，什么是“量子通信”？與傳統(tǒng)意義上的通信相比，它的優(yōu)勢是什么呢？

“量子通信是現(xiàn)在通信的一種補(bǔ)充而不是替代。有傳言說，量子通信要把原來光通信替代掉，這是不對(duì)的。”王建宇強(qiáng)調(diào)，它的作用是給普通的通信技術(shù)提供一種在密鑰分發(fā)過程當(dāng)中無法破譯的密碼。之所以現(xiàn)在叫“量子通信”，是因?yàn)樽钤绲臅r(shí)候是從國外直接翻譯過來，“Quantum Communication”被翻譯成了“量子通信”。其實(shí)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，現(xiàn)在的量子通信就是產(chǎn)生一種不可破譯的密碼。

那么，量子通信作為一種安全的通信方式，可以提供不能被破解、不能被竊聽的安全信息方式，這對(duì)于傳統(tǒng)意義上的保密方法又意味著什么呢？

“嚴(yán)格說，量子密鑰有邊界條件，在分發(fā)過程當(dāng)中不可破譯，更嚴(yán)格地說，在分發(fā)過程中一旦被竊聽，我們便能知道，這點(diǎn)和傳統(tǒng)的保密相比，已經(jīng)非常了不起了，其他的（保密系統(tǒng)）都是在不知不覺中被人偷走，在這方面量子通信是有革命性的。”王建宇說，目前中國科學(xué)院、中國工程院和國家保密部門等都在考慮如何把量子通信等技術(shù)納入到現(xiàn)在的保密體系中。

產(chǎn)業(yè)化探索處于初步發(fā)展階段

量子通信作為排頭兵走在通信技術(shù)、信息革命的最前列，它是一個(gè)非常重要的突破點(diǎn)。業(yè)界對(duì)其產(chǎn)業(yè)化抱有很大期望。

在王建宇看來，我國在密鑰分發(fā)上可能會(huì)很快走向應(yīng)用。“墨子號(hào)”僅僅是一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，能做（實(shí)驗(yàn)）的時(shí)間非常短，需要采取以下辦法：第一，要把衛(wèi)星的軌道提高，軌道高才能看到更大的區(qū)越，從而提高它分發(fā)的效率;第二，目前只能晚上做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榘滋毂尘肮馓珡?qiáng)，要把這個(gè)問題解決了;第三，組建一些專用的小衛(wèi)星網(wǎng)，我國現(xiàn)在做很多空間互聯(lián)網(wǎng)通信衛(wèi)星，可以在上面搭載一個(gè)儀器，來進(jìn)行密鑰分發(fā)。

“我估計(jì)不遠(yuǎn)的將來就能夠用到（量子通信），比如國家保密單位、大使館等，但日常生活的應(yīng)用，離老百姓還是有一定的距離。”王建宇說，“工信部等部門已經(jīng)關(guān)注到這個(gè)問題，愿意推動(dòng)量子密鑰產(chǎn)業(yè)化。”

王建宇還提到，量子測量領(lǐng)域可能是最實(shí)用、也最能看得到的產(chǎn)業(yè)化落地方向。其中，包括比傳統(tǒng)陀螺精度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的量子陀螺，能降低干擾提高精度的量子定位，以及遙感領(lǐng)域的量子成像，等等。

同時(shí)，王建宇也希望投資者不要一哄而上。“大家目前很看好量子科技，這個(gè)賽道比較火爆，但產(chǎn)業(yè)化門檻比較高，肯定還會(huì)有很多困難。投資量子科技是好事，但是風(fēng)險(xiǎn)還是要看到，技術(shù)攻關(guān)還在突破中，甚至在國際上也存在一些爭論，投資者應(yīng)慎重對(duì)待。”