“量子衛星之父”潘建偉：15年后用量子芯片防盜刷

　　46歲的“學(xué)霸”科學(xué)家潘建偉近期再度受關(guān)注，是因為我國發(fā)射的世界上首顆量子科學(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”。預計在11月中旬，這顆衛星將完成全部在軌測試工作，開(kāi)始國際前沿量子科學(xué)實(shí)驗。潘建偉正是這顆量子衛星的首席科學(xué)家。

　　在11月5日舉行的“2016年中國科技傳播論壇”上，潘建偉表示，將用15年左右時(shí)間，構建天地一體的有量子通信安全保障的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)，即量子互聯(lián)網(wǎng)。他說(shuō)，“量子稱(chēng)霸”為時(shí)不遠。

　　潘建偉個(gè)子不高，平時(shí)穿著(zhù)一件舊襯衫，一雙布鞋。

　　2016年8月16日凌晨1時(shí)40分，我國首顆量子科學(xué)試驗衛星發(fā)射成功。在全程觀(guān)摩完發(fā)射后，46歲的潘建偉激動(dòng)得像個(gè)孩子，緊緊擁抱著(zhù)團隊的其他人，眼淚都快掉下來(lái)了。

　　量子衛星

　　中國“驚艷”世界

　　雖然量子衛星只是一個(gè)體重640千克的小個(gè)子，但為這一刻，潘建偉等了13年。

　　中國成功發(fā)射量子衛星的消息也在全球引起轟動(dòng)。潘建偉的老師、量子通信領(lǐng)域的權威、維也納大學(xué)物理學(xué)教授塞林格也在酒泉衛星發(fā)射中心觀(guān)看了發(fā)射。塞林格認為，量子衛星的發(fā)射將量子通信提高到一個(gè)新的水平。

　　著(zhù)名的“薛定諤的貓”是這樣描述量子力學(xué)的：盒子里有只貓，在日常生活中它要么處于活的狀態(tài)，要么處于死的狀態(tài);但在微觀(guān)量子世界里，這只貓會(huì )同時(shí)處于生和死兩個(gè)狀態(tài)的疊加。

　　而潘建偉告訴記者，我們所處的世界由很多基本元素顆粒組成。當太陽(yáng)光照過(guò)來(lái)時(shí)，這束光是由一顆顆小顆粒組成，這種小顆粒就叫光子。光子是光的最小組成單元，具有不可分割性。光子在真空中傳播時(shí)有一種特性——偏振。它會(huì )沿著(zhù)水平方向和垂直方向振動(dòng)。這兩種光子的振動(dòng)狀態(tài)分別用0和1表示。根據量子力學(xué)的原理，在尚未被觀(guān)察時(shí)，光子的狀態(tài)并不知道是0或是1。如果你嘗試去觀(guān)察它，就會(huì )對它有干擾，光子狀態(tài)會(huì )被破壞，所以這種振動(dòng)態(tài)是無(wú)法被精確復制的。

　　量子通信的絕對安全性正是基于這個(gè)原理。潘建偉解釋說(shuō)，傳統的通信加密需要使用一連串數字組成的密鑰確保安全，但在傳輸過(guò)程中若被竊聽(tīng)，就可能被破譯。而量子密鑰具有不可克隆的特質(zhì)，基于量子力學(xué)的測不準原理，如果密鑰在傳輸過(guò)程中遭遇竊聽(tīng)，收發(fā)雙方就會(huì )知道，從而放棄使用不安全的密鑰。在歐洲和美國，基于光纖的量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)大規模應用。

　　量子通信

　　防止斯諾登和黑客

　　說(shuō)到量子通信的前景，潘建偉來(lái)了勁。

　　他舉例說(shuō)，“如果我們帶著(zhù)一個(gè)保險箱去北京開(kāi)會(huì )，而保險箱的鑰匙落在合肥了，在合肥的同事可以通過(guò)量子隱形傳輸，將鑰匙的每一個(gè)特征都精確傳送到北京，而在此過(guò)程中他并不掌握這把鑰匙的任何信息。”

　　前幾年爆發(fā)出來(lái)的斯諾登事件，讓潘建偉更感覺(jué)到開(kāi)發(fā)量子通信的緊迫性。“不能再等了。斯諾登事件表明，傳統的光纖傳輸，黑客可以進(jìn)行無(wú)感竊聽(tīng)。”此后，潘建偉對量子通信愈發(fā)癡迷。

　　他曾經(jīng)對中科大的老校長(cháng)朱清時(shí)說(shuō)：“只要是什么時(shí)候能把為什么會(huì )有量子糾纏搞明白的話(huà)，我馬上就可以死，沒(méi)有問(wèn)題的。但現在可能還搞不清楚，所以我就想活得長(cháng)一點(diǎn)，我想把它搞明白。”

　　衛星精度

　　萬(wàn)米高空定點(diǎn)投幣

　　量子衛星研制的13年，潘建偉形容是“從絕望中尋找希望”的過(guò)程。比如，量子密鑰通信機和量子糾纏發(fā)射機是量子衛星對地直接進(jìn)行量子通信的設備，最重要的就是與地面站的精確對準。衛星的運動(dòng)速度大約是8公里/秒，要和地面望遠鏡的光軸精確對準，用一個(gè)形象的比喻就是針尖對麥芒：衛星的對準精度就好比在一萬(wàn)米高空的飛機上，向地面扔一個(gè)一個(gè)硬幣，要準確投入儲蓄罐狹長(cháng)的投幣口內，而儲蓄罐還在慢慢旋轉中。只要有一點(diǎn)偏差，信息傳輸就會(huì )功虧一簣。

　　生活應用

　　量子芯片可防盜刷

　　“有國外同行把量子衛星比喻為前蘇聯(lián)的‘伴侶號’衛星，那是人類(lèi)第一顆人造衛星，所以‘墨子號’的開(kāi)創(chuàng )性不言而喻。”潘建偉自豪地說(shuō)。

　　量子通信與普通老百姓的生活有關(guān)嗎?他介紹說(shuō)，中國力爭到2030年左右率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò )，并在此基礎上，構建信息充分安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”。開(kāi)始可能?chē)腊踩玫帽容^多，如果這個(gè)秘鑰好用的話(huà)，馬上緊接而來(lái)的可能是金融領(lǐng)域，因為他們有一些保密性特別強的數據，需要這個(gè)技術(shù)。當然再過(guò)幾年成本低下來(lái)之后，每個(gè)老百姓的手機、銀行賬號里也可以用這種方法來(lái)進(jìn)行保密。

　　他甚至給出了一個(gè)量子通信技術(shù)普及的時(shí)間表：5年左右很多機要部門(mén)開(kāi)始用，10年左右金融業(yè)、銀行等大機構開(kāi)始使用，15年的時(shí)間或許走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。屆時(shí)，每個(gè)人的家里只要裝上一個(gè)量子加密芯片，那么，銀行轉款、電子賬戶(hù)等涉密操作，都不用擔心被盜用或者攻擊。

　　也許就在不遠的將來(lái)，量子通信技術(shù)將如同手機、電腦一般，走入尋常百姓家。