量子衛(wèi)星升空將催生通信產(chǎn)業(yè)千億市場

 首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在酒泉升空，引起全球關(guān)注。中國率先在這一領(lǐng)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(shù)研發(fā)競爭。量子通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包含元器件、通訊設(shè)備、量子通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營及專網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)四個環(huán)節(jié)。這其中，無論哪一個環(huán)節(jié)都充滿商機(jī)。

三十年前奇想破繭化蝶

我國科學(xué)家為量子通信實(shí)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(xué)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?qū)蔷€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(dāng)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(xué)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(jié)果。這也是目前量子通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

1989年，IBM實(shí)驗(yàn)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(shí)了量子保密通信可行。1993年英國國防部將這一紀(jì)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(shí)際應(yīng)用面臨的困難。2006年，中科大的潘建偉團(tuán)隊(duì)在世界上首次利用誘騙態(tài)方案實(shí)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(xué)家隨后也做到這一點(diǎn)。2008年，潘建偉團(tuán)隊(duì)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(shí)用化的路鋪平了。

各國紛推星地計(jì)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(bào)告》;隨后歐盟啟動量子通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究，并成立“基于量子密碼的安全通信”工程。目前，歐盟計(jì)劃啟動10億歐元的量子技術(shù)旗艦項(xiàng)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(jì)劃將量子通信應(yīng)用拓展到衛(wèi)星通信、城域以及長距離光纖網(wǎng)絡(luò);NASA也計(jì)劃在其總部和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之間建立一個直線600公里、包含10個骨干節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)距離光纖量子通信干線，并計(jì)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(jì)劃中，量子信息與控制技術(shù)被列入六大顛覆性研究領(lǐng)域。它將IBM、美國國防部高級研究計(jì)劃署、中科大、洛克希德馬丁公司和日本NTT公司列為該領(lǐng)域重要研究機(jī)構(gòu)。

2014年，全球最大的獨(dú)立科技研發(fā)機(jī)構(gòu)美國Battelle公司提出商業(yè)化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，計(jì)劃建造環(huán)美國的萬公里量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)，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(wù)。

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(jì)劃在2020年實(shí)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(luò)。

世界各國都在準(zhǔn)備或已開展星地量子通信計(jì)劃，其中包括美國NASA的PhoneSat計(jì)劃，奧地利聯(lián)合歐空局開展的“Space-QUEST”實(shí)驗(yàn)計(jì)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(dān)當(dāng)領(lǐng)跑者角色

2013年，中科院設(shè)立了量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)計(jì)劃，由中科大、中科院各院所和航天八院共同攻關(guān)。按照項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉的計(jì)劃，中國量子通信技術(shù)發(fā)展分三步：一是通過光纖實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)絡(luò);二是通過量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際網(wǎng)絡(luò);三是通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可覆蓋全球的廣域網(wǎng)絡(luò)。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(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的原理性演示時，我們的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始思考如何能夠在太空中實(shí)現(xiàn)量子信息傳輸，并早在2003年就初步構(gòu)想了量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃。自2005年起，我們團(tuán)隊(duì)就開始星地量子通信的地面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。”

“Anton Zeilinger研究組以及歐洲眾多的優(yōu)秀研究團(tuán)隊(duì)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(jì)劃，然而，歐空局緩慢的決策機(jī)制使得這一計(jì)劃一再拖延。”潘建偉說，“而在我國，一方面，國家高強(qiáng)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(guān)應(yīng)用技術(shù)方面，我們已經(jīng)走在了美國的前面。”科大國盾量子公司總裁趙勇在接受媒體采訪時說，“2011年，合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)建成，該網(wǎng)絡(luò)包括46個節(jié)點(diǎn)，是當(dāng)時世界上首個規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò);2013年，濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)建成，該網(wǎng)絡(luò)包括56個節(jié)點(diǎn)、90多個用戶，面向完全承載實(shí)際應(yīng)用、量子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)，是目前世界上最大的城域量子通信網(wǎng)絡(luò);目前在建的京滬干線項(xiàng)目，計(jì)劃于2016年底建成連接北京、濟(jì)南、合肥、上海等城域網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)的廣域光纖量子保密通信骨干線路?？梢哉f，中國在量子通信產(chǎn)業(yè)化方面，正在國際上擔(dān)當(dāng)領(lǐng)跑者的角色。”

未來5年

量子通信或能服務(wù)普通消費(fèi)者

中科院預(yù)計(jì)到2020年，亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)將實(shí)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(luò)。

目前中國建成的城域量子通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和長度均領(lǐng)先全球，它將率先在專網(wǎng)通信領(lǐng)域應(yīng)用，用于數(shù)據(jù)傳輸和存儲，主要客戶為政府、軍隊(duì)和金融機(jī)構(gòu)，未來將逐漸在公網(wǎng)和云安全等領(lǐng)域運(yùn)用。據(jù)估計(jì)，未來5年，量子通信的市場規(guī)模有望達(dá)到100億元以上。2017年中國專網(wǎng)通信市場預(yù)計(jì)將達(dá)169億元，其中量子通信占據(jù)35億元以上。

還有媒體預(yù)計(jì)，2019年前后，量子通信將會服務(wù)于消費(fèi)者的網(wǎng)上轉(zhuǎn)款和支付。全國性的組網(wǎng)建設(shè)將由運(yùn)營商主導(dǎo)，量子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。

據(jù)報(bào)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(yù)計(jì)將于今年9月竣工。

量子通信成為列強(qiáng)競爭新高地

歐盟計(jì)劃啟動10億歐元的量子技術(shù)旗艦項(xiàng)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(jì)劃將量子通信應(yīng)用拓展到衛(wèi)星通信、城域以及長距離光纖網(wǎng)絡(luò)。

日本計(jì)劃在2020年實(shí)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(luò)。