信息安全是目前大眾關(guān)注的焦點，使用量子技術(shù)對信息進行加密是目前最有效的辦法。由于日常通信遭遇日益嚴重的黑客攻擊和竊密威脅，“無條件安全”的量子通信日益受到重視。近日，我國首個商用量子通信專網(wǎng)——濟南黨政機關(guān)量子通信專網(wǎng)完成了測試，整套網(wǎng)絡(luò)預(yù)計今年8月底正式投入使用。

中科院量子技術(shù)與應(yīng)用研究中心博士、濟南量子科學(xué)研究院院長助理周飛參與了整個濟南專網(wǎng)的建設(shè)。他介紹，通過量子通信，可以實現(xiàn)信息傳遞的“絕對安全性”——一旦發(fā)現(xiàn)竊聽或復(fù)制信息，可以立刻察覺。量子通信的前景被廣泛看好，5年之后，市場規(guī)模將達100億元左右。

濟南黨政機關(guān)量子通信專網(wǎng)（以下簡稱濟南專網(wǎng)）內(nèi)的所有通信數(shù)據(jù)，都通過核心機房的專業(yè)設(shè)備，量子加密后，與周邊數(shù)百平方公里的近200個終端進行保密通信。專網(wǎng)從5月起完成了50多個項目的測試，所有用戶之間的通信實現(xiàn)了每秒產(chǎn)生4000多個密碼的絕對保密性。

我國量子通信世界領(lǐng)先

因為量子是能量最基本、最小、不可分割的單元。未知量子態(tài)無法精確克隆，只要有人試圖復(fù)制，就會產(chǎn)生誤碼而被發(fā)現(xiàn)，這些特性保證了量子通信在傳輸過程中有了絕對安全性。

記者了解到，濟南專網(wǎng)是繼濟南量子通信試驗網(wǎng)之后，第一個真正商用的量子通信專網(wǎng)。濟南量子通信試驗網(wǎng)目前是世界上規(guī)模最大、功能最全的量子通信城域網(wǎng)。

據(jù)中科院量子技術(shù)與應(yīng)用研究中心博士、濟南量子科學(xué)研究院院長助理周飛介紹，濟南專網(wǎng)8月份建成之后，在國防、金融、電力等領(lǐng)域?qū)⒆鳛槭痉哆M行推廣。量子通信技術(shù)被認為是“保障未來信息社會通信機密性和隱私的關(guān)鍵技術(shù)”，目前我國在這方面處于世界領(lǐng)先水平。

未來，一臺臺其貌不揚的黑色電話，將出現(xiàn)在濟南市多個單位的業(yè)務(wù)部門。在檢察院系統(tǒng)，對一些貪腐案件調(diào)查進行信息溝通時，通過量子通信電話可以保證信息安全性，不存在泄露或竊聽；一些政府部門在政務(wù)信息的溝通中，通過它也可以做好機要信息的安全保護。

據(jù)介紹，濟南專網(wǎng)已完成第一階段測試，上述場景將不再遙遠而神秘。因為在濟南數(shù)百平方公里內(nèi)的近30個黨政部門，將依靠專網(wǎng)進行保密通信。更深層的意義在于，以保密性和安全性為標簽的量子通信，終于邁出了商業(yè)化的第一步。

“這并不是容易的一步。”接受采訪時周飛坦言，在先后啃下技術(shù)、工程化兩大“硬骨頭”之后，量子通信現(xiàn)在迎來了第三塊“硬骨頭”——投入巨大的量子通信專網(wǎng)能否告別政府給養(yǎng)，在市場中形成可持續(xù)的商業(yè)模式？

周飛說，“這一切都在探索之中。”

通過假信號判斷“是否安全”

“有一口井，大家都想喝到其中甘甜的井水，但不幸的是，這井里混合了一種毒液，必須把毒液蒸餾掉才能盡情飲用健康的井水。那么問題來了：蒸餾掉多少合適呢？”清華大學(xué)教授、濟南量子技術(shù)研究院院長王向斌這個有趣的比喻，指向了量子通信在工程化之前遇到的第一塊“硬骨頭”——量子通信的技術(shù)難題。

自人類使用語言以來，通過密鑰給信息加密的技術(shù)就伴隨著通信需求而不斷發(fā)展。特別是近幾年，中國科學(xué)家已經(jīng)將量子密鑰分配技術(shù)作為一種不可破解的密鑰共享方案，進行了深入研究。周飛向記者表示：“我們現(xiàn)在的量子通信運用單光子的編碼傳輸。絕對的單光子傳輸足夠安全，但現(xiàn)實應(yīng)用還沒有完美的理想單光子源。我們只能用準單光子傳輸（非理想的單光子），非單光子就是多光子，就有可能受到光子分束的攻擊，這種攻擊會使得其安全性降低。”

在這里，單光子成分就是研究人員需要的“甘甜的井水”，多光子成分就是“致命的毒液”，該“蒸餾”掉多少“致命的毒液”？科學(xué)家們想出了一個好辦法：通過“誘騙態(tài)方法”來解決準單光子傳輸?shù)陌踩珕栴}。

“簡單來說，‘誘騙態(tài)方法’是在真的信號中摻雜一些假的信號，通過假的信號來判斷是否有人在竊聽和分析真信號的安全成碼率。”在周飛看來，誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)方案的攻關(guān)是解決量子通信工程化的最重要難題。得益于中科大潘建偉院士和清華大學(xué)王向斌教授的艱苦攻關(guān)，到2013年底，大部分量子通信技術(shù)方面的問題都已被掃除。

但接下來，在量子通信工程化上的重重關(guān)卡并不比技術(shù)難度小。

7天24小時無人值守也可

在早期，濟南量子通信試驗網(wǎng)的很多專業(yè)設(shè)備所在地沒有機房，沒有恒溫的條件，環(huán)境的溫度或高或低，但服務(wù)器承受度有限，如何從工藝上固化溫度，解決設(shè)備自我穩(wěn)定性，是工程師們面臨的挑戰(zhàn)。

只有圓珠筆截面大小，外表形似玻璃的“鈮酸鋰波導(dǎo)芯片”是高效探測設(shè)備的核心關(guān)鍵器件。周飛舉例說，距離遙遠的兩個城區(qū)之間進行單光子傳輸時，它的光到達時非常微弱?？茖W(xué)家需要用一種特殊的高效探測器，才能探測到這些微弱的光。有了周飛同事們研發(fā)的這種關(guān)鍵器件，才能更清晰地“聽懂”單光子說了什么。

而“周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片”的研制成功，標志著我國成為世界第三個完全掌握“基于逆向質(zhì)子交換波導(dǎo)研制技術(shù)”的國家；同時，基于此芯片，我國又成功研發(fā)了室溫下性能最優(yōu)的通信波段單光子探測器，也是世界上第一臺封裝成型的商業(yè)產(chǎn)品樣機。

實際上，從2013年底至濟南專網(wǎng)測試完成，周飛等人就一直在解決類似上述工程技術(shù)問題，確保整個專網(wǎng)一周7天每天24小時的穩(wěn)定性，以及無人值守情況下智能化的工作。

“如今，專網(wǎng)設(shè)備對環(huán)境的容忍性就更大了。”周飛說，“我們的核心不僅僅在于研發(fā)，更在于工程化應(yīng)用。”

未來5年

商業(yè)價值百億

從技術(shù)到產(chǎn)品，從研發(fā)到應(yīng)用，濟南專網(wǎng)測試的完成，意味著量子通信即將奔向商用領(lǐng)域。

如今，“量子概念”正處在時代的“風口”。在黑客入侵等事件的影響下，“無條件安全”的量子通信日益受到重視。據(jù)業(yè)內(nèi)專家估算，量子通信可應(yīng)用于專網(wǎng)、公眾網(wǎng)、云安全等特殊應(yīng)用領(lǐng)域，未來5年左右，量子通信市場規(guī)模預(yù)計在100億左右。

周飛表示，在時代風口、國家政策、資本包圍的三重助力下，這些顯然都不是問題。作為國內(nèi)目前少有的超前“黑科技”產(chǎn)業(yè)，量子通信正受到國家的大力支持。如“十三五”規(guī)劃意見稿明確提到：“要堅持有所為有所不為，在航空發(fā)動機、量子通信等領(lǐng)域再部署一批體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目”。

事實上，眾多資本早已爭先恐后“搶灘”量子通信市場。正如中國上市公司研究院研究員洪新星所言，不斷加量的行業(yè)“催化劑”已經(jīng)給量子通信板塊打了“強心針”，國內(nèi)外科研機構(gòu)、政府和企業(yè)布局踴躍。

因此，周飛如今更相信市場的力量：即使現(xiàn)階段量子通信尚未真正商業(yè)化，但長遠看來，量子通信的商業(yè)化大潮將勢不可擋，“可持續(xù)的商業(yè)模式一旦形成，大規(guī)模應(yīng)用推廣將指日可待。”