由元器件、通訊設備、量子通信網(wǎng)絡運營及專網(wǎng)應用服務四個環(huán)節(jié)將形成我國未來量子通信產(chǎn)業(yè)鏈
首顆量子科學實驗衛(wèi)星在酒泉升空，引起全球關注。中國率先在這一領域的突破，將催生量子通信千億市場，引發(fā)世界新一輪的通信技術研發(fā)競爭。量子通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包含元器件、通訊設備、量子通信網(wǎng)絡運營及專網(wǎng)應用服務四個環(huán)節(jié)。這其中，無論哪一個環(huán)節(jié)都充滿商機。
三十年前奇想破繭化蝶
我國科學家為量子通信實用化鋪平道路
1984年，IBM的兩位工程師提出了全新保密通信方案，用量子物理學的極端特性來確保秘密不被竊取。這一方案中，傳送者用光子的不同偏振態(tài)來表示密鑰，也就是按照直線或對角線偏振的方式發(fā)出不同的光子。如果有人企圖竊聽，他只有在中途攔截光子測量，然后按照測量值發(fā)送一個相同的粒子。每竊聽一個光子，竊聽者有四分之一的可能被發(fā)現(xiàn)。當密鑰長度增長至72個光子時，竊聽者不被發(fā)現(xiàn)的可能僅有十億分之一。
1991年，英國科學家又提出了一種新思路：用量子糾纏態(tài)來發(fā)密文。如果A和B各持有一個雙胞胎粒子；A只要操作粒子，B就會得到同樣的結果。這也是目前量子通信技術的理論基礎。
1989年，IBM實驗室制造了一個叫“瑪莎姨媽的棺材”的小盒子，其中光子攜帶著密鑰走了30厘米，證實了量子保密通信可行。1993年英國國防部將這一紀錄提高到10公里。但是得到單個光子源，減少光子信號傳輸中的損耗，都是實際應用面臨的困難。2006年，中科大的潘建偉團隊在世界上首次利用誘騙態(tài)方案實現(xiàn)了超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā)；而美國和奧地利科學家隨后也做到這一點。2008年，潘建偉團隊發(fā)明了量子中繼器，使得即將衰竭的光子將信息傳給其他光子，被《自然》稱贊為“清除了量子通信的一塊攔路石”。
一步一步，量子通信實用化的路鋪平了。
各國紛推星地計劃
中國量子通信衛(wèi)星先行一步
2008年，歐盟發(fā)布《量子信息處理與通信戰(zhàn)略報告》；隨后歐盟啟動量子通信技術標準化研究，并成立“基于量子密碼的安全通信”工程。目前，歐盟計劃啟動10億歐元的量子技術旗艦項目，旨在建立極具競爭力的歐洲量子產(chǎn)業(yè)。
美國同樣積極，美國國防部支持的“高級研發(fā)活動”計劃將量子通信應用拓展到衛(wèi)星通信、城域以及長距離光纖網(wǎng)絡；NASA也計劃在其總部和噴氣推進實驗室之間建立一個直線600公里、包含10個骨干節(jié)點的遠距離光纖量子通信干線，并計劃拓展到星地通信。在美國國防部2013年到2017年的科技發(fā)展計劃中，量子信息與控制技術被列入六大顛覆性研究領域。它將IBM、美國國防部高級研究計劃署、中科大、洛克希德馬丁公司和日本NTT公司列為該領域重要研究機構。
2014年，全球最大的獨立科技研發(fā)機構美國Battelle公司提出商業(yè)化的廣域量子通信網(wǎng)絡規(guī)劃，計劃建造環(huán)美國的萬公里量子通信骨干網(wǎng)絡，為谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等公司的數(shù)據(jù)中心提供量子通信服務。
日本也提出了量子信息長期戰(zhàn)略。日本國立信息通信研究院計劃在2020年實現(xiàn)量子中繼，到2040年建成極限容量、無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡。
世界各國都在準備或已開展星地量子通信計劃，其中包括美國NASA的PhoneSat計劃，奧地利聯(lián)合歐空局開展的“Space-QUEST”實驗計劃等。但中國的衛(wèi)星先行一步。
中國發(fā)力后程趕超
量子通信產(chǎn)業(yè)化正在國際上擔當領跑者角色
2013年，中科院設立了量子科學實驗衛(wèi)星戰(zhàn)略先導專項計劃，由中科大、中科院各院所和航天八院共同攻關。按照項目首席科學家潘建偉的計劃，中國量子通信技術發(fā)展分三步：一是通過光纖實現(xiàn)城域網(wǎng)絡；二是通過量子中繼器實現(xiàn)城際網(wǎng)絡；三是通過衛(wèi)星中轉實現(xiàn)可覆蓋全球的廣域網(wǎng)絡。此次衛(wèi)星發(fā)射開啟了第三步。
在回答“為何先于歐美發(fā)射量子衛(wèi)星”時，潘建偉說：“大多數(shù)人仍致力于實驗室內部的原理性演示時，我們的團隊已經(jīng)開始思考如何能夠在太空中實現(xiàn)量子信息傳輸，并早在2003年就初步構想了量子科學實驗衛(wèi)星計劃。自2005年起，我們團隊就開始星地量子通信的地面驗證實驗。”
“Anton Zeilinger研究組以及歐洲眾多的優(yōu)秀研究團隊一直在與歐洲空間局商討建立以國際空間站為平臺的星地量子通信計劃，然而，歐空局緩慢的決策機制使得這一計劃一再拖延?！迸私▊フf，“而在我國，一方面，國家高強度支持……另一方面，在衛(wèi)星量子通信方向出現(xiàn)重大突破跡象時，中科院快速做出前瞻性決策，得以在國際上率先啟動。”
“在量子通信產(chǎn)業(yè)化及相關應用技術方面，我們已經(jīng)走在了美國的前面?！笨拼髧芰孔庸究偛泌w勇在接受媒體采訪時說，“2011年，合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)建成，該網(wǎng)絡包括46個節(jié)點，是當時世界上首個規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡；2013年，濟南量子通信試驗網(wǎng)建成，該網(wǎng)絡包括56個節(jié)點、90多個用戶，面向完全承載實際應用、量子網(wǎng)絡運維和優(yōu)質的用戶體驗，是目前世界上最大的城域量子通信網(wǎng)絡；目前在建的京滬干線項目，計劃于2016年底建成連接北京、濟南、合肥、上海等城域網(wǎng)絡且全長2000多公里的量子保密通信線路，其將成為全球首個也是距離最遠的廣域光纖量子保密通信骨干線路。可以說，中國在量子通信產(chǎn)業(yè)化方面，正在國際上擔當領跑者的角色?！?/p>
未來5年
量子通信或能服務普通消費者
中科院預計到2020年，亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)將實現(xiàn)，屆時連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡。
目前中國建成的城域量子通信網(wǎng)絡數(shù)量和長度均領先全球，它將率先在專網(wǎng)通信領域應用，用于數(shù)據(jù)傳輸和存儲，主要客戶為政府、軍隊和金融機構，未來將逐漸在公網(wǎng)和云安全等領域運用。據(jù)估計，未來5年，量子通信的市場規(guī)模有望達到100億元以上。2017年中國專網(wǎng)通信市場預計將達169億元，其中量子通信占據(jù)35億元以上。
還有媒體預計，2019年前后，量子通信將會服務于消費者的網(wǎng)上轉款和支付。全國性的組網(wǎng)建設將由運營商主導，量子網(wǎng)絡標準將建立。2023年有望建成全國量子通信網(wǎng)。最終，量子通信模塊被集成進信息產(chǎn)業(yè)的基礎設施。
據(jù)報道，繼京滬干線成功示范后，中國第一條量子通信商用干線“滬杭干線”預計將于今年9月竣工。（本文部分內容由中科院科學傳播局提供材料）
量子通信成為列強競爭新高地
歐盟計劃啟動10億歐元的量子技術旗艦項目，旨在建立極具競爭力的歐洲量子產(chǎn)業(yè)。
美國國防部的“高級研發(fā)活動”計劃將量子通信應用拓展到衛(wèi)星通信、城域以及長距離光纖網(wǎng)絡。
日本計劃在2020年實現(xiàn)量子中繼，到2040年建成極限容量、無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡。記者 高 博
