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量子通信商业化,中国起跑了

来源:科技日报 作者:王延斌、朱琳 2017-07-21 13:59:12
内容摘要: “这并不是容易的一步。”接受科技日报记者采访时,中科院量子技术与应用研究中心周飞博士坦言,在先后啃下技术、工程化两大“硬骨头”之后,量子通信迎来第三块“硬骨头”——投入巨大的量子通信专网能否告别政府给养,在市场中形成可持续的商业模式?

5月17日,合肥,天地一体化量子保密通信模型亮相中博会。

  一部其貌不扬的黑色电话,出现在济南市多个单位的业务部门。在检察院系统,对一些贪腐案件调查进行信息沟通时,通过它可以保证信息安全性,不存在泄露或窃听;一些政府部门在政务信息的沟通中,通过它可以做好机要信息安全保护……

  随着中国首个商用量子通信专网——济南党政机关量子通信专网(下称济南专网)完成第一阶段测试,上述场景不再神秘。因为在济南数百平方公里内的近30个党政部门,将依靠这个专网进行保密通信。更深层的意义在于,以保密性和安全性为标签的量子通信,终于迈出了商业化的一步。

  “这并不是容易的一步。”接受科技日报记者采访时,中科院量子技术与应用研究中心周飞博士坦言,在先后啃下技术、工程化两大“硬骨头”之后,量子通信迎来第三块“硬骨头”——投入巨大的量子通信专网能否告别政府给养,在市场中形成可持续的商业模式?

  周飞说,“一切都在探索之中。”

  饮“鸩”不怕 甘之如饴

  “有一口井,大家都想喝到其中甘甜的井水,但是不幸的是,这井里混合了一种毒液,必须把毒液蒸馏掉才能尽情饮用健康的井水。那么问题来了:蒸馏掉多少合适呢?”清华大学教授、济南量子技术研究院院长王向斌这个有趣的比喻,指向了量子通信在工程化之前遇到的第一块“硬骨头”。

  自人类使用语言以来,通过密钥给信息加密的技术就伴随着通信需求而不断发展。特别是近几年,中国科学家已经将量子密钥分配技术作为一种不可破解的密钥共享方案,进行了深入研究。周飞向科技日报记者表示,我们现在的量子通信运用单光子的编码传输。问题在于,绝对的单光子传输足够安全,但现实应用还没有完美成熟的理想单光子源。我们只能用准单光子传输(非理想的单光子),非单光子就是多光子,就有可能受到光子分束的攻击。这种攻击会使得其安全性降低。

  在这里,单光子成分就是研究人员需要的“甘甜的井水”,多光子成分就是“致命的毒液”,该“蒸馏”掉多少“致命的毒液”?科学家们想出了一个好办法:通过诱骗态方法来解决准单光子传输的安全问题。

  “简单来说,诱骗态方法是在真的信号中掺杂一些假的信号,通过假的信号来判断是否有人在窃听和分析真信号的安全成码率。”周飞说。2005年,王向斌教授和加拿大多伦多大学的罗开广、马雄峰、陈凯团队分别独立提出了一个实用化诱骗态量子密钥分发方案,很好的解决了准单光子传输的安全漏洞问题。

  在周飞看来,诱骗态量子密钥分发方案的攻关是解决量子通信工程化之前的一个最重要难题,但真正实用化还远远不止这一个难题。得益于中国科大潘建伟院士和清华大学王向斌教授两名在量子技术实验和理论方面的顶尖人物的参与和指引,到2013年底,大部分量子通信技术方面的“拦路虎”都已被扫除。

  但接下来,在工程化上的重重关卡并不比技术难度小。

  身心“鲁棒” 稳如泰山

  “鲁棒”是Robust的音译,意指“健壮和强壮”。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。比如说,计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下,能否不死机、不崩溃,就是该软件的“鲁棒性”。

  就早期的济南量子通信试验网而言,很多的专业设备所在地没有机房,没有恒温、恒湿的条件,环境的温度或高、或低,但服务器承受度有限,如何从工艺上固化温度,解决设备自我稳定性问题是工程师们面临的挑战。

  只有圆珠笔截面大小,外表形似玻璃的“铌酸锂波导芯片”是高效探测设备的核心关键器件。周飞举例说,距离遥远的两个城区之间进行单光子传输的时候,它的光到达时非常微弱。科学家们需要一种特殊的高效探测器,才能探测到这些微弱的光。有了周飞同事们研发的这种关

  键器件,才能更清晰地“听懂”它们说了啥。

  得益于山东量子关键器件研发平台,周期极化铌酸锂波导被研制成功,标志着我国成为世界第三家完全掌握“基于逆向质子交换波导研制技术”的国家;同时,基于此波导,该院又成功研发了世界室温下性能最优的通信波段单光子探测器,也是世界上第一台封装成型的商业产品样机。

  实际上,从2013年底至济南专网测试完成,科学家们一直在解决类似上述工程技术问题,确保整个专网一周7天、每天24小时稳定性、无人值守情况下智能化的工作。

  “解决了鲁棒性,专网设备对环境的容忍性就更大了。”周飞说,“所以说我们的核心不仅仅在于研发,更在于工程化应用。”

  先找市长 再进市场

  量子通信技术还未完全成熟?成本过高?人才缺乏?在时代风口、国家政策、资本包围的三重助力下,这些显然都不是问题。

  从技术到产品,济南专网测试完成成为我国量子通信发展史上的大事件,从此它奔向商用领域。

  这是时代的风口。大环境上,在美国“斯诺登”和黑客频频入侵等事件的影响下,“无条件安全”的量子通信日益受到重视。据业内专家估算,量子通信可应用于专网、公众网、云安全等特殊应用领域,未来5年左右量子通信市场规模预计在100亿左右。

  而在市场化方面,一头扎入济南党政机关市场精准发力,以此为跳板再进入金融、能源、电力等领域,摸索商业模式并推而广之,最终拥抱国内百亿市场“蓝海”。先找市长,再进市场,是探路者试水济南专网的深层打算。

  作为国内目前少有的超前“黑科技”产业,量子通信正受到国家的大力支持。比如,“十三五”规划意见稿明确提到,“要坚持有所为有所不为,在航空发动机、量子通信等领域再部署一批体现国家战略意图的重大科技项目”。在政策呵护之外,众多资本早已争先恐后抢滩量子通信市场。正如中国上市公司研究院研究员洪新星所言,不断加量的行业催化剂已经给量子通信板块打了“强心针”,国内外科研机构、政府和企业布局踊跃。

  正因为此,周飞更相信市场的力量:即使现阶段量子通信尚未真正商业化,但长远看来,“市长的归市长”、市场的归市场,商业化大潮势不可挡。可持续的商业模式一旦形成,大规模应用推广指日可待。

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