國內企業(yè)量子計算布局現狀如何

　　6月27日，中科院院士、中國科技大學(xué)常務(wù)副校長(cháng)潘建偉在上海一場(chǎng)報告會(huì )上以《讓中國的量子科學(xué)“領(lǐng)跑”世界》為題的報告中提到：“如果說(shuō)量子信息是一棵竹子，過(guò)去一直在泥土中醞釀破土，現在則到了破土而出的時(shí)候?！彪S即他提出，如果這棵竹子“被栽在花盆里，最多就長(cháng)成盆景，如果長(cháng)在山林中，就可能發(fā)展成一片竹林”。

　　言下之意，潘建偉認為當前中國在量子信息方面面臨著(zhù)領(lǐng)跑的機會(huì )，應該創(chuàng )造環(huán)境大力發(fā)展。

　　《中國科學(xué)報》記者在產(chǎn)業(yè)層面也聽(tīng)到了類(lèi)似的聲音。在近日由阿里技術(shù)舉辦的“阿里技術(shù)下午茶”活動(dòng)上，阿里巴巴集團首席通信科學(xué)家謝崇進(jìn)在與記者交流中談到，美國的谷歌、IBM、微軟等企業(yè)都在量子計算等領(lǐng)域有大手筆的布局和很認真的研究，中國企業(yè)在這方面“還太少”。

　　曲高和寡，是科技企業(yè)不肯為量子技術(shù)的高研發(fā)成本買(mǎi)單，還是量子的世界太過(guò)玄妙，讓務(wù)實(shí)的企業(yè)家們看不到希望?

　　率先“吃螃蟹”的企業(yè)

　　阿里巴巴是國內少有的在量子通信領(lǐng)域高調布局的企業(yè)：2015年阿里與中科院成立的量子計算實(shí)驗室，成為中國首個(gè)大力投入量子信息科學(xué)的中國科技公司。今年3月，阿里云發(fā)布“全球首個(gè)云上量子通信商用服務(wù)”，認為“由此打開(kāi)了量子信息科學(xué)普惠發(fā)展之門(mén)”。

　　“2013年至今，阿里在量子通信技術(shù)上投入巨大資源，產(chǎn)出的專(zhuān)利就達數十項，包括量子密鑰分配(QKD)的算法實(shí)現、系統架構，QKD和云計算結合的應用，量子通信云服務(wù)，以及量子通信和可信計算的結合等方面?！敝x崇進(jìn)自認，阿里的量子通信團隊挑戰的是“無(wú)人區式”科學(xué)難題，這些難題在全球范圍內都是挑戰。

　　不過(guò)阿里人堅定認為，量子通信的社會(huì )價(jià)值廣泛。阿里巴巴資深專(zhuān)家石犀就是代表，他認為，量子通信不僅可用于軍事、國防等國家級保密領(lǐng)域，還可用于金融、數據中心、物聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈等國民經(jīng)濟領(lǐng)域。

　　按照阿里巴巴董事局主席馬云此前宣布的“NASA”計劃，阿里目前正在為20年后儲備核心科技，以實(shí)現“換道超車(chē)”，服務(wù)全球20億人，成為世界第五大經(jīng)濟體。量子信息正是“NASA”計劃中正在儲備的核心科技之一。

　　“量子通信的加密技術(shù)被科學(xué)界認為是目前無(wú)法被破解的信息保密技術(shù)，阿里巴巴除了持續深耕量子通信技術(shù)，還會(huì )通過(guò)阿里云向全球企業(yè)輸出量子通信的安全服務(wù)”。謝崇進(jìn)在當天的下午茶活動(dòng)上，提出了阿里在量子通信技術(shù)上的商業(yè)邏輯：通過(guò)阿里云提供量子通信的安全服務(wù)。

　　尚不完備的“量子通信”

　　量子通信被認為“絕對安全”，則是源于量子密碼技術(shù)可以天衣無(wú)縫地和密碼學(xué)中被證明“可以實(shí)現無(wú)條件安全”的“一次一密”隨機密碼相配合。在量子密碼之前，“一次一密”僅存在于理論中。

　　量子密碼則由于量子力學(xué)的基本特性——量子的不確定性和不可克隆，使得量子密鑰分配能夠確保任何企圖竊取傳送中的密鑰都會(huì )被合法用戶(hù)所發(fā)現，這也是量子密鑰分配所獨有的優(yōu)勢，它在原理上保障了信息在通訊中的“絕對安全”。

　　不過(guò)，當前量子密碼技術(shù)在應用上還面臨一些障礙。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室主任郭光燦曾告訴《中國科學(xué)報》記者，量子密碼系統現在還有實(shí)際安全性問(wèn)題，即由于器件等的非理想性導致安全性漏洞。例如單粒子探測效率難以達到百分之百，就會(huì )產(chǎn)生傳輸損耗。而這種非理想因素下的漏洞就有可能被竊聽(tīng)者用來(lái)竊取密鑰。

　　另外，郭光燦指出，就算人們設計出與設備完全無(wú)關(guān)的量子密碼協(xié)議，但因隨機數的真偽、合法用戶(hù)的識別等問(wèn)題仍然難以做到密鑰的“絕對安全”。

　　郭光燦堪稱(chēng)是我國量子信息乃至量子力學(xué)領(lǐng)域的奠基人之一，他多次公開(kāi)表示殷切看到我國能在量子信息、量子計算等技術(shù)領(lǐng)域抓住機會(huì )，實(shí)現從跟蹤到引領(lǐng)的跨越，但他堅持類(lèi)似于量子科學(xué)技術(shù)這種新興手段，更要腳踏實(shí)地、一步一個(gè)腳印地來(lái)。

　　“量子密碼系統必須能經(jīng)受得住現有所有可能手段的攻擊才可以大規模應用?！惫鉅N表示。

　　同時(shí)，也有學(xué)者指出，應用了量子密碼技術(shù)并不等同于實(shí)現了量子通信?！艾F階段的量子通信，只是利用了‘量子保密技術(shù)’的經(jīng)典通信，它恰當的名稱(chēng)或許應為‘量子保密通信’。真正的量子通信有其明確內涵，即將信息編碼在量子比特上，在量子通道上將量子比特由甲方傳給乙方，直接實(shí)現信息的傳遞?！毕嚓P(guān)學(xué)者表示，這種真正的量子通信，目前仍處于基礎研究階段，離實(shí)際應用還很遙遠。

　　“量子中繼”等問(wèn)題待解

　　自量子密碼理論提出以來(lái)，距今已有30多年的歷程。郭光燦曾于2016年總結了30余年來(lái)所取得的成就：目前可以達到的水平是，在百公里范圍的城域網(wǎng)，量子密碼體系可以做到密鑰分配在各種攻擊下是安全的;當前的安全密鑰生成率在25公里可確保高清視頻“一次一密”，在100公里內能確保音頻、文字、圖片等的“一次一密”。

　　在科研階段，如今量子保密通信最遠的世界紀錄，是去年11月我國科學(xué)家實(shí)現的超過(guò)400公里可抵御黑客攻擊的測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)。

　　“可以制定‘量子密碼標準’，推廣應用。不過(guò)隨著(zhù)攻擊技術(shù)水平的提高，現有相對安全的量子密碼也可能會(huì )被攻擊，到那時(shí)要隨之更新‘量子密碼標準’?！惫鉅N特別提到，量子密碼體系必須確保安全密鑰的生成率足夠高，才能達到視頻等信息“一次一密”加密的需求。

　　此外，量子通信還受制于量子的不可克隆定理，攜帶量子信息的光子不可以像經(jīng)典通信中的中繼放大那樣把信號進(jìn)行放大，光子在光纖中傳播會(huì )有損耗，因此目前的技術(shù)只能實(shí)現百公里量級的傳播。目前，實(shí)現遠距離量子通信的有效手段是“量子中繼”。然而由于“量子中繼”的研制受到可實(shí)用的量子存儲器和確定性糾纏光子源的限制，目前仍然處于基礎研究階段。

　　“目前量子通信網(wǎng)絡(luò )中用到的中繼是一種叫可信中繼，即可能是通過(guò)人工把量子態(tài)信息讀取出來(lái)以后，再進(jìn)行重新制備。我們只能無(wú)條件相信這個(gè)操作是可信的?！敝x崇進(jìn)告訴記者，可信中繼是在量子中繼實(shí)現之前的“權宜之計”。

　　記者了解到，在歐盟發(fā)布的《量子信息處理和通信：歐洲研究現狀、愿景與目標戰略報告》中，歐洲就將“重點(diǎn)發(fā)展量子中繼和衛星量子通信，實(shí)現1000公里量級的量子密鑰分配”寫(xiě)入了歐洲未來(lái)五年和十年量子信息的發(fā)展目標。

　　“隨著(zhù)云計算的廣泛使用，人們對數據安全的要求越來(lái)越高。此外量子計算可能在不遠的將來(lái)成為現實(shí)，如何建立量子時(shí)代的信息安全漸漸在世界范圍內成為一個(gè)研究熱點(diǎn)?！敝x崇進(jìn)對記者說(shuō)，盡管問(wèn)題重重，量子保密通信作為目前安全等級最高的加密技術(shù)，正逐漸得到業(yè)界的認可。

　　“2013年阿里巴巴就開(kāi)始對量子通信進(jìn)行深入研究，2015年中完成量子傳送門(mén)的開(kāi)發(fā)?！北M管對現有技術(shù)的具體應用諱莫如深，謝崇進(jìn)告訴記者，“這種新興的技術(shù)，總得有人去探索，不是么?”