從量子通信到量子互聯網的蜕變演繹_風聞

文/觀察未來科技

​從遙不可及的量子計算機幻想，到量子通信市場的探索式前進，走在未來科技前沿的全球量子互聯網將成為趨勢方向。索邦大學物理學教授朱利安·洛拉介紹，“伴隨着量子網絡的未來通訊系統規劃日益成型，量子糾纏分發將成來現實，繼而實現計算機的相互連接。”

量子計算機的原理應用

量子計算機，可以在無限小的尺度上利用物質的奇異特性，理論上能夠在幾分鐘內解決很多傳統計算機無法解決的計算問題。

不同於傳統計算機使用的二進制比特，量子計算機使用的是基於量子力學原理的量子比特。這些量子比特是哈密頓量（它是能量函數）的基態和激發態之間的疊加態，也就是説，它們可以同時處於多種不同狀態中的某一種狀態。

在量子計算機中，量子比特直接作用於量子門，並在它們之間形成連通。這個過程被稱為量子糾纏，它允許計算機在執行計算時執行非常複雜的運算。在量子計算機中，量子比特的狀態則許計算機在一個時間點上同時處理多個計算目標，並能夠確保在處理大數據集時保持高速。

目前，量子計算機的研究雖然仍處於初級階段，但已經在量子密碼學、新型藥物研發、金融分析、氣候建模等方面有了很多前瞻性的應用程序和場景。而且，在不久的將來，伴隨着新材料、新設計和更好的軟件將應用於研發量子計算機，更多的實驗室成果將陸續轉化為實際應用程序，並給諸多領域帶來巨大的變革。 

量子通信及其在中國的發展

量子通信，是一個得益於量子加密密鑰的超級安全的通信網絡。

根據波士頓諮詢公司近期的一項調查，後量子密碼學和量子通信的新興市場藴含着巨大的潛力。到2030年，這個市場的規模將可達100億美元，與量子計算市場的規模（60億到120億美元）相當。

目前，人們使用許多標準算法傳輸加密密鑰，其中最著名的是RSA算法。而系統之所以是安全的，是因為一台計算機無法解讀如此複雜的計算。“安全是通過物理學的方式來保證的，它是一種內在的安全。”據索邦大學物理學教授朱利安·洛拉介紹，如果有人截取量子通信，其會自動破壞它。

以中國為例，在量子通信領域的研究已取得突破性進展。在產業鏈上游，華為、中興等通信設備商為量子通信提供經典通道。在產業鏈中游，量子保密通信網絡運維商，如神州信息、中國通服等傳統運維商與量子網絡公司共同參與運維。在產業鏈下游，量子通信技術在金融、軍事、政務、商務等領域具有廣泛的應用前景。阿里巴巴與國盾量子、中興通訊合作的OTN量子安全加密通信系統等案例，充分展示了量子通信在各行業應用的巨大潛力。 

量子互聯網呼之欲出

量子通信，基於兩點之間的信息傳輸是一種已經被證明的技術。“粒子的量子特性是隻能讀取一次。”泰雷茲公司科學總監馬爾科·埃爾曼強調，“我可以編碼一組量子態光子，就相當於傳統密鑰，以二進制形式傳輸。這就是人們所説的量子密鑰分發。”但是，“密鑰由光子攜帶，後者通過光纖傳輸，就像我們的傳統互聯網一樣。但在最多50到150公里後，這些光子就會被吸收。”這就要求我們需要建立的是一個大都市規模的網絡，而不是一個國家或世界規模的網絡。

“下一階段，將要實現量子糾纏分發。有了這個，我們將能夠使計算機相互連接。”洛拉説，基於此，一個真正的量子互聯網將真正形成。