科大国盾量子总裁赵勇：中国量子通信产业化已超美国
2015年，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。英国物理学会（Institute of Physics）新闻网站《物理世界》（Physics World）将其评为“年度突破”。在量子密钥分配方面，中国也取得260—300公里最大通信距离的好成绩。那么，如此高大上的黑科技，在应用上做得怎样了？日前，观察者网专访了科大国盾量子总裁赵勇，解读中国量子通信产业化的最新进展。
中国科学技术大学在量子信息技术领域独树一帜，科研实力在国际上处于前列，被美国列为重点关注的量子技术研究机构。科大国盾量子（原安徽量子通信技术有限公司）是以潘建伟院士团队实用化量子通信技术为基础，由中国科学技术大学发起组建的中国第一家从事量子信息技术产业化的企业。虽然在量子通信技术上中美并驾齐驱，但量子通信产业化方面中国已经走在美国的前列，并在国防、金融等领域铺开。
以下为对科大国盾量子总裁赵勇的专访：
陆朝阳（左）和潘建伟（右）
**观察者网：**量子通信相对于经典通信有什么优势？
**赵勇：**量子通信相比于经典通信最大的优势就是安全性上，因为量子通信安全性不依赖于算法的复杂度，它具有无条件安全性。
此外，能够精确地传输量子信息，也是一种优势，特别是在量子计算实用化之后。这时，作为计算的远程输入，使用量子叠加态将具有巨大的优势。
目前我觉得量子通信在其他方面优势不明显。纠缠的远距离关联往往被误认为可以用来超光速通信，或者说无信号的信息传递。实际上，即便使用纠缠，量子通信不具备这些能力。
**观察者网：**中国量子通信产业发展现状如何？
**赵勇：**中国量子通信产业相对起步较晚，但近几年发展比较迅速，现在已经有像科大国盾量子为代表的几家企业，从事量子通信产品研发的团队也比较庞大。目前在中国已建成的大规模城域量子通信网络也是最多最大的，中科院也将在山东成立量子通信产业应用的卓越分中心，关于量子通信产业标准也正在研究制定中。未来随着更大规模实用化量子通信网络和量子通信卫星的成功启用，量子通信产业发展将开启崭新的篇章。
**观察者网：**在产业化方面和美国相比孰优孰劣？
**赵勇：****在量子通信产业化及相关应用技术方面，我们已经走在了美国的前面。**举例来说，2011年，“合肥城域量子通信试验示范网”建成，该网络包括46个节点，是当时世界上首个规模化量子通信网络；2013年，“济南量子通信试验网”建成，该网络包括56个节点、90多个用户，面向完全承载实际应用、量子网络运维和优质的用户体验，是目前世界上最大的城域量子通信网络；目前在建的“京沪干线”项目，计划于2016年底建成连接北京、济南、合肥、上海等城域网络且全长2000多公里的量子保密通信线路，其将成为全球首个也是距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路。可以说，中国在量子通信产业化方面，正在国际上担当 “领跑者”的角色。
**观察者网：**能谈几个具体应用的例子么？
**赵勇：**现在量子通信技术应用最典型的例子就是建设量子通信网络，目前报道的已经建成的有合肥城域量子通信试验示范网、覆盖济南市城区的济南量子通信试验网还有芜湖网，以及新华社新闻大厦和金融信息交易所之间的金融信息量子通信验证网，即将建成的城域网还包括北京城域量子通信网和上海陆家嘴金融量子保密通信应用示范网等。而将在2016年底建成的连接北京和上海的“京沪干线”将主要是推动金融、政务等方面的应用。比如它包含了网上银行数据的远程灾备应用、金融机构信息数据的采集应用、金融信息交易应用以及银行同城数据生产和灾备应用等。
我们在山东建立的量子关键器件研发平台，其中周期极化铌酸锂波导的成功研制，标志着我国成为世界第三家完全掌握了基于逆向质子交换波导研制技术的国家，这也是国内第一家，基于此波导又成功研发了世界第一款上转换单光子探测器商用产品。同时，我们正在上海建设金融量子通信网和管控中心、大数据服务中心等；中科院与阿里巴巴在上海合作成立量子计算实验室，签署“共同推动量子信息技术研发及应用的战略合作协议”，探索实用化的量子计算技术等。近期，国科控股、科大国盾量子、阿里巴巴、中兴通讯等发起组建“中国量子通信产业联盟”，我国的量子通信产业进入了新的发展阶段。
**观察者网：**中国量子通信有哪些最新的技术突破？
**赵勇：**今年在量子通信方面有许多优秀的技术成果，比如今年年初中科大潘建伟院士团队实现的“多自由度量子隐形传态”研究，刚刚被评为2015年度国际物理学领域的十项重大突破之首，这一研究成果为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础；在抵御黑客攻击的远程量子密钥分发研发方面，将安全距离进一步扩展到200公里以上，而且根据最新的研究成果，通过实验系统的进一步优化，完全可以使距离扩展到300公里以上，同时还实现了多个节点之间的抵御黑客攻击的量子密钥分发，这些都将为研发新一代更安全鲁棒的量子通信系统奠定基础。同时，在固态量子存储、高容错量子密钥分发、多方量子通信等方面都产生了一系列喜人的成果。在量子通信的关键器件研究上，也成功实现了世界上最快的68Gbps的量子随机数发生器和室温条件下性能最优的上转换单光子探测器等。
**观察者网：**现在的量子通信必须借助类似光纤的载体么？
**赵勇：**不是必须的，在自由空间中也可以实现量子通信。如果这个问题是想问量子通信是否可以不需要信息或者物理实体的传递，答案则是相反的。量子通信必须借助于载体。即便使用纠缠效应，也需要先进行纠缠分发，仍然需要物理实体的传递。
**观察者网：**自由空间量子通信极限距离是多少？
**赵勇：**自由空间量子通信的极限距离需要对应到实际的空间环境条件，比如说地面大气条件下，衰减比较大，可能只能传输10公里，而星地之间，由于外太空处于真空状态，衰减较小，所以通信距离可以达到数百公里以上。我们一般采用允许的最大衰减来衡量，在保证通信速率的条件下，一般允许信道衰减可超过50分贝。
**观察者网：**量子保密基站是否具有技术可行性？
**赵勇：**量子通信网络中的量子集控站，类似于传统的通信基站。集控站中包括光量子交换机、量子通信服务器和量子密钥分发终端。利用多个量子集控站组成多种网络拓扑，可以提高组网的灵活性和稳定性，能方便地对量子通信网络进行扩展，扩大量子通信网络的覆盖面积，大大扩展通信距离。目前，量子集控站技术已经相当成熟，例如已建成的“合肥城域量子通信试验示范网”和“济南量子通信试验网”，都是基于该技术搭建的多用户量子通信网络。
**观察者网：**能实现像手机那样的无线应用吗？
**赵勇：**量子信号的无线传播（自由空间传播）是可能的，但是在光的频谱上，这种传输定向性强，越障能力差，因此并不适合做无线基站这样的应用。在微波频段上实现量子信号的调制和探测理论上也是可能的，但是由于量子态不可复制，因此对于接收者来说，非定向的传播信道是一个损耗极高的信道。这限制了量子通信的距离。因此，量子通信无线基站的技术可行性是不大的，而量子通信无线热点的技术可行性还是有的。
目前，基于手机通过数据线、存储卡的方式，连接量子通信终端，获取量子密钥，并用之完成数据加密、认证，保护手机的信息安全的做法，使手机能够接入量子通信网络是可行的，但也需要对手机进行适应性改造，科大国盾量子已经在这方面有了一定的技术积累。
但目前量子通信网络的覆盖范围与现有手机3G/4G网络相比还有较大差距，相信随着量子通信网络相关基础设施的建设和完善，量子通信手机一定会应用于平常百姓家。
**观察者网：**量子通信能连接便携式笔记本、平板电脑能么？
**赵勇：**类似便携式笔记本、平板电脑，通过有线的方式移动接入固网来实现移动应用则是完全可行的。如果用户乐意在手机上增加光接口，手机也可以用这种方式实现量子通信的移动应用。这比无线热点更加可行。
**观察者网：**国盾量子有安全网关、量子密钥分发网络密码机、量子交换机、量子网络站控设备、量子信号接收机等一系列产品，这些产品的特殊之处在哪？
**赵勇：**这些产品都是针对量子通信而专门设计开发的，涉及量子密钥分发、量子通信网络、量子保密通信等方面。
**观察者网：**能具体介绍下么？
**赵勇：**量子信号接收机为单光子探测器，用于配合量子信号发射机实现点对点的量子密钥分发（QKD）。除了用于量子通信之外，单光子探测器还在量子成像、激光测距、激光雷达等领域有诸多应用。
光量子交换机，用于多个QKD终端设备间量子信道的搭建，是量子通信网络中实现量子信道共享的设备，位于网络拓扑的汇聚节点，集中管理网络信道资源。
量子网络站控设备，即量子集控站，由光量子交换机、量子通信服务器和量子密钥分发终端组成。利用多个量子集控站组成多种网络拓扑，可以提高组网的灵活性和稳定性，能方便地对量子通信网络进行扩展，扩大量子通信网络的覆盖面积，大大扩展通信距离。已建成的“合肥城域量子通信试验示范网”和“济南量子通信试验网”，都是基于量子集控站实现的多用户量子通信网络。
量子安全网关，是量子通信网络组网的核心设备，集成了量子密钥分发与管理和数据加解密的功能，内部集成有光源、探测器和电子学板卡，能够实现普通电话、传真、IP电话、视频会议及文件传输等的应用接入，对语音、视频、数据等使用量子密钥进行高安全保密通信。
40M量子网关
量子密钥分发网络密码机，是国内商用密码领域首款量子密码机，该产品创新性地将量子密钥分发技术与传统商用密码技术有效融合，可实现大容量、高性能的网络数据加密传输。相比传统网络安全设备，该产品不仅确保了敏感的密钥分发过程的安全性，而且密钥更新速度更快、业务密钥生命周期更短，从而使系统的安全性得以大幅提升，满足了各种基于网络的应用系统对信息安全的需求。
量子密钥分发网络密码机
**观察者网：**国盾量子安全网关和量子交换机相对于普通的网关、交换机有什么区别和优势？
**赵勇：**如前面所讲，量子安全网关和光量子交换机都是针对量子通信而专门设计开发的。量子安全网关能够与另一台量子安全网关配合生成量子密钥，并使用量子密钥对普通电话、传真、IP电话、视频会议及文件传输等接入应用进行高安全保密传输；光量子交换机用于集中管理量子信道资源。这些功能都是普通的网关、交换机所不具备的。
**观察者网：**国盾量子产品的主要客户是？有面向民间市场的产品线么？
**赵勇：**主要客户包括高校、银行、电力、政务及国家安全相关单位等。如果是指普通大众的话，暂无面向民间市场的产品。
**观察者网：**量子通信设备价格贵么？大规模民用前景如何？
**赵勇：**作为高科技产品，量子通信设备在定价上综合考虑了开发成本、市场需求、客户特殊要求等因素；从目前的市场反馈来看，认为目前的价格是合理和可接受的。随着技术提高、设备小型化、应用多样化的发展，以及在金融、政务甚至互联网等领域的应用推动，必将使量子通信技术逐步服务于普通老百姓。
**观察者网：**量子通信是否会对经典通信造成颠覆？量子通信产业成熟壮大是否会对华为、中兴等通信厂商造成冲击？
**赵勇：**量子通信无论采取何种方式实现，都必不可少地需要经典通信技术的参与，与经典通信技术并不是矛盾的，因此不存在颠覆一说。同样，随着量子通信产业的日趋成熟，相信会吸引更多传统通信厂商的关注，对于量子通信设备制造商而言，市场上会出现更多的与这些通信厂商的合作机会，而不是冲击。我们已经成立了产业联盟。
**观察者网：**量子通信网络设备采用量子处理器？还是依旧采用现有的CPU？
**赵勇：**目前，科大国盾量子所开发的量子通信终端设备中，采用完全自主设计的FPGA逻辑器件，具有硬件架构、无后门、处理速度快等特点，相比CPU具有更高的安全性。
**观察者网：**据说国盾量子曾找过龙芯合作，能说说原因和合作的内容么？
**赵勇：**因为量子要与传统通信相结合，而自主可控的通信系统也要体现在量子和非量子上，与龙芯探讨的合作就是这么一个背景，期待我们展开实质性的合作。
（采访：铁流）
本文系观察者网独家稿件，文章内容纯属作者个人观点，不代表平台观点，未经授权，不得转载，否则将追究法律责任。关注观察者网微信guanchacn，每日阅读趣味文章。