财新杂志：量子通信起跑

量子通信起跑

◎ 财新记者 于达维｜文

在手机、互联网之后，人类的通信还能有什麼创新？量子通信无疑是答案之一。

量子通信是指利用量子力学效应辅 助信息传递的一种新型通信方式。关於量子通信的传言已经够多，最吸引人的传言是量子通信快到可以超越光速，甚至能瞬时将人由A地传送至B地，近乎时空穿越。

现实没有这麼玄乎，量子通信不可能真的超光速，但其优势足以让人类孜孜以求 ：通信更快，更加安全。信息安全是人类的刚需，量子通信理论上具有“无懈可击” “无条件安全”的优势，在军事、金融和个人私密方面意义重大。

包括美国、日本和中国在内的多个国家，正在竞逐这一开启未来的技术。

与公众一般认為的此技术还处於实验室阶段不同，量子通信近年已初步走出实验室，开始商用。

2004年，世界上第一个量子密码通信网络在美国剑桥城正式运行。目前美国正试图建立上千公里的量子通信线路，未来还想建立起总长超过1万公里的环美国量子通信网络。

鲜為人知的是，与许多前沿技术中国处於落后状态不同，在量子通信领域，中国处於世界领先位置。中国已斥巨资在部分城市建立量子通信网，并且正在修建上千公里的量子通信“京沪干线” ，2016年还要发射量子通信卫星。

量子通信的科学基础是量子力学。

从20世纪开始，量子力学就开始改变世界。20世纪，量子力学被应用于物质科学和能源科学，產生了代表当代文明社会的诸多高科技成果，如核能、半导体、激光等。科学家预计，21世纪量子力学将被应用于信息科学，将导致量子通信、量子计算等诞生，為人类提供绝对安全的信息传输方式和超越经典极限的超高速计算能力。

不过，梦想与现实距离尚远——虽然中国现在的量子通信手段、技术乃至產业化进程已经走在世界前列，但是不管是中国科学家还是国外同行所言的量子通信，并不是传统意义上的对数据进行直接通信，而主要是给传统的数据通信加上量子密钥作為安全堡垒。

“现在我们能够做到的，还只是一种加密手段，距离真正称為‘通信’还有些遥远，其理论上不可攻击的特性，在现实中也受到一定的限制。 ”一位受访学者指出。

有科学家比喻，目前的量子通信，相当于手机时代的“大哥大”阶段。显然，要使量子通信在传输容量上与经典通信可比拟，仍有较长的路要走。

“爱因斯坦的幽灵”

在通信技术如此发达的今天，各国间涉及政治外交、军事安全的大部分机密信件和物品，仍然通过最传统的方式——外交信使来传递。為什麼？

原因很简单——即便是再高级的保密通信，只要是通过当前的电话线、无线电、光纤等手段，都会面临被破译和窃听的可能。以计算复杂性為基础的经典密码，在越来越强大的计算能力面前，总有一天会不值一提。

量子通信则完全不同。以物理定律為基础的量子密码的安全性，在理论上是无懈可击的。量子通信是目前惟一被人类证明绝对安全的保密通信方法。美国《商业周刊》曾把它列在改变人们未来生活十大发明的第三位。

除了可用于保密通信，量子密码还 可以对使用到的个人资料进行保密。或者进行信息认证，用来证明某一信息来自某人或某处而未被改动。

量子（quantum）是现代物理的重要概念，指不可分割的基本能量单元。

1900年，普朗克利用一份份量子概念，打破经典物理中能量连续分佈的观念，解决了困扰物理学界多年的黑体辐射问题。这被公认為量子力学诞生的标誌。

在普朗克作出这一大胆假设之后出生的海森堡，又提出了“测不准”原理，量子力学由此确立。

爱因斯坦利用量子学说成功解释了光电效应，并获得了诺贝尔奖，但他本人对量子力学充满疑虑。 “上帝不掷骰子” ，是他对於量子力学中一个粒子可以同时拥有多种状态最直接的反击。

為了说明量子力学理论的不完备性，爱因斯坦甚至发表了一篇论文，指出如果量子力学理论成立，则可能存在一个所谓纠缠状态，即同一来源的两个量子无论距离多远，其中一个状态的变化会导致另一个状态的变化，那麼这两个粒子之间就存在著一种超光速的联繫。爱因斯坦称这种联繫為幽灵式相互作用（spooky action in a distance） ，与相对论是矛盾的。

爱因斯坦原本认為不可能存在的“幽灵” ，在多年后被科学家严密的实验所证明。1980年，法国物理学家阿兰·阿斯佩克特（Alan Aspect） ，首次用实验证实了这一现象，阿斯佩克特因此被授予2010年沃尔夫物理学奖。

这种现象被称為“非定域性” 。在过去30餘年中，这一现象在世界各地的实验室里被大量地研究。在这些研究中发展起来的对单个量子状态和多个量子之间的相互作用的主动调控技术，使得科学家意识到人类有能力发展一种利用量子特性突破经典极限的安全信息传输技术，即量子密钥分发。

首先想到将量子力学用于密码的是美国哥伦比亚大学的斯蒂芬· 威斯纳（Stephen Wiesner） 。他基於“测不准原理” ，在1970年提出用量子编码製造不可偽造的电子钞票。但方案需要能长时间保存单量子态，被学界认為不大现实。

美国 IBM 公司沃森实验室的查尔斯· 本内特（Charles Bennett）和加拿大蒙特利尔大学的吉利斯 · 佈雷萨德（Gilles Brassard）受到威斯纳的啟发，认识到单量子虽不好保存但可用于传输信息。他们在1984年提出了利用单光子偏振态编码传送密钥信息的量子密码协 议。此协议目前被称為BB84协议。

1992年，本内特又提出一种与BB84协议类似、更简单但效率减半的方案， 即 B92协议。这两个协议，都是由 A 向 B 发射一系列不同偏振态的光子，B 对其进行随机测量，然后选取符合 A 要求的测量结果作為密码。在验证 密码的过程中，如果存在窃听行為，可以从测量结果的错误率中发现。

更為玄妙的基於双量子纠缠态实现量子密码协议，由阿瑟· 厄克特（Artur Ekert）于1991年提出，被称為 EPR 协 议。通过纠缠量子系统的非定域性来传 递量子信息，A 和 B 双方各自对纠缠量子进行随机测量，然后选取测量方式相同的时候得到的结果作為密码。

1993年，本内特等六位科学家提出了量子隐形传态的设想，即利用纠缠粒子对远程关联，以纠缠粒子為信号载体对信号进行传输、调制与解调，将某个粒子的未知量子态传送给远处的另一个粒子，使该粒子处在这个未知量子态上。

这一设想被公认為是量子通信的基础。

之所以说量子通信不可破译，是基於“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理” ，前者是指在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，后者是指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的。这就保证了任何窃听者都无法在不改变密钥状 态的前提下截取或者复制密钥信息。

清华大学物理系教授龙桂鲁对财新记者说，量子密钥分发是相对容易实现的量子通信方式，其要求的操控技术比较简单，只需要一两个量子比特即可以。

中国量子起跑

中国在量子通信领域之所以全球领先，与中国科学院院士、中国科学技术大学（下称中科大）教授潘建伟有关。

1989年，本内特等人在 IBM 成功研製出世界上第一台量子密钥分发的原型样机，但是它的工作距离仅為32厘米。

此后，英国、瑞士、瑞典、日本、美国等国的科学家，逐步将量子密码在光纤中传输的距离推进到几十甚至上百公里，并尝试在自由空间中进行传递并取得成功。

1997年，当时在奥地利留学的潘建伟与奥地利物理学家安东 · 赛林格（Anton Zeilinger）等人合作，首次实现了“量子态的隐形传输” ，这是国际上首次在实验中成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。

他们的论文轰动了学术界和新闻界，同伦琴发现 X 射线、爱因斯坦建立相对论等论文共同被《自然》评為20世纪最有影响的21篇经典论文之一。

2001年，潘建伟回到中国，到中科大任教，并开始在母校中科大组建量子信息实验室。经过近十年来在人才、设备、软件等方面的探索与积累，潘建伟团队的实验室目前已躋身為国际量子信息研究最前沿的三个实验室之一。

2004年，潘建伟、杨涛等人发表论文“五光子纠缠和终端开放的量子态隐 形传输” 。研究成果入选欧洲物理学会和美国物理学会的年度十大进展。

2009年，潘建伟的研究组与清华大学合作，在北京八达岭与河北怀来之间成功实现了世界上最远距离的量子态隐 形传输，16公里的距离相当于此前世界记录的27倍。

当年10月1日，在建国60周年国庆阅兵期间，潘建伟团队在关键节点间构建量子通信热线，用于重要信息传送保障。潘建伟曾经透露，2009年大阅兵的通信量不少于一场战役，在当时使中国成為第一个将这种技术实用化的国家。

“中国完全有能力在一场局部战争中充分使用量子通信，未来的发展方向是利用量子中继卫星实现覆盖全军的量子通信指挥。 ”潘建伟说。

美国《时代》周刊曾经报道称，中国科学家在量子通信研究上创造了世界记录，解放军能在瞬间传送军事信息而不被破坏或拦截。通过这项保密力度极强的科技应用，能大幅度提高解放军的指挥和控制能力，使得中国在信息战方面的能力超越美军。

2012年2月17日， 耗 资6000万 元、歷时18个月建设的“合肥城域量子通信试验示范网”完成。这个由潘建伟团队设计的示范网有46个节点，网络覆盖合肥主城区，连接40组“量子电话”用户和16组“量子视频”用户。主要用户為对信息安全要求较高的政府机关、金融机构、医疗机构、军工企业及科研院所。

2014年3月投入使用的济南量子通信试验网，也由潘建伟团队完成。与合肥网的不同在於，济南网是面向用户日常应用的，希望更加贴合不同使用单位的要求。济南量子网络有90多家用户单位，可以通过网络内量子通信集控站和终端，实现安全的语音和视频通信、安全的文件传真以及安全的数据传输。

此外，潘建伟的团队还帮助新华社在新闻大厦和金融信息交易所之间建立金融信息量子通信验证网。在中共十八大等重要政治活动期间，他们在中南海、京西宾馆、人民大会堂之间建立的基於量子通信的高安全通信保障系统，也发挥了信息安全保障的作用。

2013年，中科院联合相关部门启动了上千公里的光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目，建设连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络。潘建伟出任该项目首席科学家。

潘建伟告诉财新记者，目前，将实用化的量子密钥分发技术与现有密码体系、数据通信技术、一次一密加密方式等相结合，构成量子保密通信技术；该技术通过量子密钥分发在两地间共享量子密钥，所共享的量子密钥用于加解密所要传输的信息，可实现两地间信息的高安全保密传输，远超现有通信技术所能提供的安全性。

北京市、上海市城域量子通信网将于2015年建成。加上已经建成的合肥、济南城域量子通信网，预计到2016年就可以实现京沪广域量子保密通信。这将 為政府和金融机构提供最高安全等级的通信保障。

量子卫星计划

在近日召开的“量子信息、量子计算和量子测量学科发展战略院士论坛”上，“量子科学实验卫星”工程常务副总师、中科院上海分院副院长王建宇透露，由中国完全自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星”现已完成关键部件的研製与交付，卫星有望先于欧美在2016年左右发射，在轨设计寿命為两年。

潘建伟指出，基於在中国青海湖等地进行的多项成功实验，中国量子科学实验卫星的主要技术攻关已经完成，目前正在进行建造卫星的工作，项目整体稳步推进。

此量子科学实验卫星的目标是实现高速星地量子密钥分发，实现北京和乌鲁木齐之间的量子保密通信，实现星地量子纠缠分发，并且计划在德令哈和丽江之间实现距离远达1200公里的大尺度量子非定域性检验，还将在卫星和阿里之间实现星地量子隐形传态。

潘建伟透露，中国将在2016年首颗卫星发射成功后，发射多颗卫星，到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发， 届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右，则将 建成全球化的广域量子通信网络。

在他看来，现在迫切需要解决的是量子存储、量子中继问题，这样量子密钥分发就可以传送得更远，就可以全球化。 “现在大家在各显神通，真正实用化还需要10年-20年的时间。 ”在潘建伟看来，在完美的量子中继出现之前，卫星是实现远程量子通信的一个很好的解决方案，能实现几千公里之间的量子密钥分发。量子信号在从卫星传输到地面过程中的衰减，大概相当于在地面10公里的传输距离，安全性可以得到足够的保证。

卫星量子通信不可避免地会受到天气条件的影响。他说，只能保证在晴天可以工作，但是密钥也可以存一段时间，天气不好的时候数据传不下来，天气好的时候就多送一点。对於重要的部门，这个码率已经足够。

潘建伟认為，从长远看，量子通信还是要用量子中继，包括探索如何可以利用不受天气影响的远红外进行通信，这需要发展新的探测器。

為推进量子通信產业化，中科大发起组建了两家公司，分别是安徽量子通信有限公司（下称安徽量通） 、安徽问天量子科技有限公司（下称问天量子） 。

安徽量通是中科大在2009年发起组建的，基於潘建伟团队的技术，目前这家公司是中国最大的量子通信设备製造商和系统服务供应商。2014年9月14日，安徽量通曾经对外表示，已经可以量產商用量子密码机。

安徽量通总经理赵勇对财新记者说，合肥、济南的城域量子通信网，以及即将建成的京沪干线，均使用了最可靠的技术。其他密码技术在理论上就是不完全的，量子密码则是越来越安全。

成立于芜湖的问天量子，其技术基於郭光灿团队，2009年在芜湖建成了世界上第一个“量子政务网” 。

赵勇指出，已有的量子通信方式，都需要经典信道的辅助，这是对於经典通信方式的补充，让经典通信方式更加安全，而不是取代后者。

他透露，目前他们在北京、上海建设的量子通信网络，主要针对於金融系统、政务系统。 “团队跟很多领域做了接触，对方认為我们确实解决了他们很长时间想解决的问题，即数据传输过程中的安全性。当然，他们也希望我们的技术更加成熟，门槛、标準都制定好，现在都是做试点。 ”

全球量子赛跑

中国并非惟一开展远距离实用化量子通信网络建设的国家。

上世纪末，美国政府便将量子信息列為“保持国家竞争力”计划的重点支持课题。隶属於美国政府的美国国家标準与技术研究所（NIST）更将量子信息作為三个重点研究方向之一。加州理工大学、麻省理工学院和南加州大学联合成立了量子信息与计算研究所，直接归美国军队研究部门管辖。

1999年，美国洛斯· 阿拉莫斯国家实验室就实现了500米的量子密码自由空间传输。2003年，美国国防部高级研究计划署又领衔建设了量子通信技术试 验网络。

2004年6月3日，世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行。主持这套网络建设的是美国 BBN 技术公司，这个量子密码通信网络实现了该公司与哈佛大学之间的连接，且很快就延伸至波士顿大学。网络传输距离约為10公里。

2006年，洛斯· 阿拉莫斯国家实验室实现了超过100公里的量子保密通信实验。

2009年，美国政府发佈信息科学白皮书，明确要求各科研机构协调开展量子信息技术研究。同年，美国相关机构不仅及时地建成了城域量子通信演示网，还取得了量子存储和波动研究的新突破。2011年，美国国家标準与技术研究所的科学家更是获得了单量子位处理量子信息的最新系列成果。

目前美国也已经著手建立长达千公里的量子通信线路，进一步计划是在此基础上建立起连接美国主要城市、总长超过1万公里的环美国量子通信网络。

早在2000年，日本邮政省就将量子通信技术作為一项国家级高技术列入开发计划，主要致力于研究光量子密码及光量子信息传输技术。日本的一些著名大公司和高校，始终在研发量子通信的高端技术与系统。

这些企业和高校包括NTT、NEC、松下电器、日立、东芝等公司和东京大学、玉川大学等高校。2010年，日本量子 ICT集团与多家电气、电机、电信电话公司合作，在超高速宽带网络上採用量子密码技术，实现了不能窃密的多点电视会议系统，并开始投入试运行。

日本显著的特点，是吸引了各大电子工业巨头的参与，它们持续不断研发更稳定的光源和更精密的探测器，让量子通信在实际运用中所实现的传输距离和持续时间逐年提升。日本计划在2020 年 -2030年间建成绝对安全保密的高速量子通信网，从而实现通信技术应用上的质的飞跃。

欧盟的“欧洲量子科学技术”计划以及“欧洲量子信息处理与通信”计划，是欧盟继欧洲核子中心和航天技术採取国际合作之后，又一针对重大科技问题 的大规模国际合作。1993年至2011年，英国、瑞士、奥地利、德国、法国、瑞典等国的科学家曾连续创造量子密钥分发、量子密码通信、太空传输量子信息及量子信息存储等一系列根本性突破。

欧洲科学家们曾经提出，送一个量子通信实验设备到国际空间站上去，这样就可以比中国更快速和更便宜地实现太空量子通信，但是这个计划尚未得到欧盟的认可。

该不该叫通信

当然，相对於可以传递文件、语音、视频的经典通信方式，目前科学家所说的量子通信，还主要是一种传输密钥的方式，在数据传输容量上与经典通信相比还有较大的差距。由此，全球学界对量子通信存在一些争议声音，比如量子密钥传输能不能称為量子通信。

对此，潘建伟指出，国际上把量子隐形传态、量子纠缠交换和量子密钥分发等几种技术统称為量子通信（Quantum Communication） 。 量 子 通信并非狭义化的概念，是指用量子态来 传递信息，所传递的信息可以是经典信息，也可以是量子信息。

尽管潘建伟如此解释，但争议仍存。

中科大量子信息重点实验室主任郭光灿院士对财新记者表示： “通信一定要有内容。合肥的网络，济南的网络，所实现的都是量子密钥分发，说成是量子通信是不够準确的。 ”清华大学电子工程系教授黄翊东则对财新记者表示，即便是中国即将发射的量子通信实验卫星也是用来传输密钥，不是传输大容量数据，而是解决保密问题。

在2012年由中国科协组织的一次研讨会上，中科大量子实验室副主任韩正甫也表示，量子通信和量子密码完全不是一回事，量子密码本身是密码，而通信是有信息的。

当时北京大学电子学系副主任郭弘教授也表示， “现在看来量子通信也不是太好的一个词，因為我们既然说量子通信，总是跟现有的通信比较，也许它跟我们现在所说的、大家所理解的通信之间还有很大的差别。 ”一位从事量子密码研究的专家对财 新记者说，根据信息论创始人香农的定义，信息是把不确定的东西确定下来的内容，确定一件事就是一个比特，而密码就是随机数。当然，没有信息量的密码也有一定的用处，但叫做量子通信非常勉强。

他举例说，他曾经以量子密码通信的题目申请国家自然科学基金，但是基金委信息学部的领导，就不认这个账。

该领导曾说，明明就是量子密码，為什麼叫通信。

对於种种争议，潘建伟认為，目前量子通信的技术优势主要体现在安全性方面，不以传输容量為其特点，今后有可能通过容错编码、密集编码等技术研究的突破实现传输容量的提高。

潘建伟说，量子通信主要包括两方面内容，量子密钥分发和量子隐形传态。

量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今為止惟一被严格证明是无条件安全的通信方式。而量子隐形传态能实现物质全部信息的快速转移和异地重构，在未来的远距离量子通信以及分佈式量子计算中具有至关重要的作用。

不可能超光速

许多关於量子通信的新闻报道中，描绘过这样一个图景： 如果人们要实现文本、语音甚至图像的量子通信，只需让其利用量子纠缠就能瞬间传递，即超光速通信。实际上，这是一个误区。

2014年5月， 《科学》杂誌发表的一篇论文，体现了通过量子纠缠传递信息的可能性。荷兰代尔夫特理工大学罗纳 德· 汉森（Ronald Hanson）等人的这篇文章中说，他们在国际上首次以一种可靠的方式实现了利用量子纠缠传输数据，虽然这个数据只有一个量子比特，传输的距离也只有3米。

他们把两个纠缠的电子分别放在一个人工钻石中氮原子取代碳原子构成的微型巢穴中，然后改变其中一个电子的自旋方向，这时候另一个电子的自旋方向也立刻改变了。目前，他们正在尝试 把传输距离增加到1300米。

汉森教授说，他们方法的特点就是100% 有效，信息总是能够保证到达目的地，而且是100%準确的。

这种量子纠缠所导致的两粒子间的量子关联，体现了一种“超光速通信”的可能性。但是，国际量子学界公认的事实是，单单只有体现量子态塌缩超光速的量子纠缠不可能以超光速的方式传递有效的信息，因為必须借助普通信道的协助方能真正通信。量子通信的优势不在於即时，而在於其可以探知可能的被第三方窃听的保密性。

潘建伟教授的啟蒙导师、奥地利维也纳大学教授安东· 赛林格告诉财新记者，在量子隐形传态过程中，必然涉及经典信息传送，这也是信息被加密和解码所必需的过程，量子密钥分发可以在两个站点之间建立随机密码，但密码传 递过程需通过经典信道实现并受到光速限制。但未来在量子计算机内部，量子信息的交换可能不受光速限制。

北京计算科学研究中心量子光学与量子信息实验室游建强教授告诉财新记者，很多人要轰动效应，强调超光速通信，这在科学上是不准确的， “完全通过量子纠缠，不可能传递所有的信号，纠缠是一个物理现象，不可能加载全部的信息。 ”中科大一位资深量子密码专家告诉财新记者，超光速通信，从理论上说就是错的。

他说，目前所谓的量子通信，不论是量子直接通信、量子密钥分发还是隐形传态，都要借助经典信道的辅助。早期，有人相信超光速通信，但是后来逐渐认识到，单独用量子纠缠不能把全部信息传递过去，之前之所以有这个想法，可以说是对於爱因斯坦关於光速不变的假设的理解没有完全到位。

潘建伟说，量子通信无论採取何种方式实现，都必不可少地需要经典通信技术的参与，因此并不存在所谓“超光速通信”一说。

不替代传统通信

关於量子通信的又一个谜团，是它会不会颠覆甚至取代传统的经典通信。科学家对此也给出否定的答案。

量子隐形传态论文的六位作者之一、以色列理工学院物理系教授阿瑟·佩雷斯（Asher Peres）曾经在一篇回顾文章中说，在经典的 BB84协议中，需要通过光纤信道传送一个量子比特，通过公开的经典信道传送两个经典比特，才能成功生成一个密钥，在量子隐形传态 过程中，需要一对纠缠粒子、一个量子比特和两个经典比特。

他说，没有经典信道的辅助，传送的信息就是不完整的，但是如此一来就不能叫做量子隐形传输，也不会引起如此巨大的轰动。 “一个记者曾经问我，有没有可能既传送人的身体又传送人的灵魂？我的回答是，只能传送灵魂。 ”对於量子隐形传态本身，国际学术界仍然存在争议。

诺贝尔奖获得者默里· 盖尔曼（Murray Gell-Mann）就曾经说， “在新闻媒体和各种书籍中传播著的主要歪曲在於暗指甚至明言，测量一个光子的偏振（圆偏振的或平面偏振的）会莫名其妙地影响另一个光子。实际上，这种测量并不会產生任何从一个光子传到另一个光子的物理影响。 ”诺奖得主史蒂文· 温伯格（Steven Weinberg）说 ： “量子力学中纠缠的存在自然產生一个问题，在纠缠体系的一个部分上的测量是否可用于将消息发送到另一部分上，而不受有限光速设置的限制。不，不能被利用。 ”无论是量子密钥分发还是量子隐形传态，都需要经典信道的传输，也就是说量子通信不会完全替代现有的通信技术，量子通信网络实际上是量子网络和传统信息传输网络的结合。

正是量子密码通信的特殊性，决定了它应该被应用到保密等级比较高的军事、政治、金融等重点领域，而不是刻意与经典通信竞争。

一位量子密码专家告诉财新记者，现在量子通信能够做到的只有量子密码，但是量子密码牵涉国家的安全，因此非常重要。 “但是在日常老百姓生活中有多重要，还是要打一个问号。 ”在2012年的一次研讨会上，清华大学教授王向斌表示，量子密钥分发的实际產业化应用应该著眼于未来并注重定位，重点发展局域性的重点需求网络，而不是强调现有网络一样的广泛性和高功能效率。

在这次会议上，武汉邮电科学研究院总工程师、光纤通信技术和网络国家重点实验室主任余少华也指出，量子通信不会完全替代现有的通信技术，实际的量子通信中，量子通信与现有通信的融合是一个相互取长补短的过程。

量子安全战争

可以说，量子通信技术基於量子物理学的基本原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今為止惟一被严格证明是无条件安全的通信方式。但是，没有任何事物是完美的，即便是在理论上完美无缺的量子通信。

在2008年，就有瑞典和挪威学者分别指出量子通信体系的漏洞。虽然这些并不是量子密码原理的不完满，而是系统的不适应，却也让人们对未来的量子通信体系留有一丝不确定。

龙桂鲁教授说，量子通信从原理上可以保证安全，但实际上由於器件、单光子发射、探测等方面的缺陷，出现了种种攻击手段。改善器件有一个过程，每一个阶段有一定的发展水平。

问题主要出在器件上。虽然量子密钥分发在理论上具有无条件安全性，但在现实条件下很难实现，导致现实的系统可能存在各种各样的隐患。其中最主要的原因，是找不到理想的单光子光源，只能靠弱相干激光脉冲的衰减实现。

潘建伟介绍，2005年前，所有的基於弱相干脉冲的实验都存在安全漏洞。

虽然英国、日本和中国都做到了100公里以上的量子密钥分发，因為无法保证產生单光子，即便是在理想情况下，安全通信距离也只有10公里量级，且成码率极低，不具有实用价值。

2003年，韩国学者黄元英使用弱相干激光的衰竭代替单光子光源的诱骗 态方案。此后，清华大学物理系教授王向斌和加拿大多伦多大学罗开广研究小组，对这一方案分别做出重要的改进与发展，使得该方法能够立即适用于现有成熟技术，获得绝对安全的通信密码。

此后，潘建伟团队和美国洛斯· 阿拉莫斯实验室在2007年几乎同时实现了超过100公里的绝对安全的光纤诱骗态 量子密钥分发。

在成功解决了非理想单光子源带来 的安全性漏洞后，探测器的不完美性又成為“量子黑客”的主要攻击点。国际上多个小组提出了“时间位移攻击” “死时间攻击”和“强光致盲攻击”等针对 探测系统的攻击方案。

“我们摆脱了不完美的光源，又受制于不完美的探测器。 ”潘建伟说。

2012年，罗开广提出了与探测器无关的量子密钥分发方案，然后潘建伟的团队在第一时间实现了这一方案。这样，现在的通信手段跟光源和探测器都是无关的，可以说是没有漏洞了。

潘建伟说，因為 BB84协议需要完美的单光子，所以现在他们的方案相当于变种的 BB84协议，而罗开广的方案又解决了探测器的问题，所以说到目前為止看起来就比较安全了，理论上看起来是比较完善的系统，比较令人满意，但是技术上也很难说，可能某个地方细节上出一些问题。

量子通信可以说是相对最安全的，但任何事情都不是绝对的，有矛就有盾。

一方面，有“量子非克隆原理”；另一方面，有实现近似量子克隆的“量子克隆机” 。比如，在信道中将部分量子态截获下来，这就是量子克隆机对量子密钥分发的攻击。

前述来自中科大的量子密码专家指出，现在量子密码的协议安全性能够得到足够的保证，只要设备是严格执行协议的就能保证安全。但是，要严格执行协议，设备有许多地方需要控制，没法做绝对没有问题的保证，只能说做到完美无缺就绝对安全，但实际上只能是近似的安全。

“量子的东西来对付传统的方法，比较有优势，但是新的攻击总会出现，有量子的防守，也会有量子的攻击。 ”他说，我们的安全手段在升级，敌人的攻击手段也在升级，也產生了更多攻击量子密码的方法，战争还是战争，只是战场发生了改变，所用的武器，攻击的方法，要量子层面去打，传统的方法还是有效，但是会开闢一些新的战场，在这个战场上，谁也没有经验。

“不要炒作量子通信”

赛林格教授说，目前对於量子通信发展的主要困难在於传输距离和效率，利用卫星和或量子中继可以克服距离上的困难，这不仅对於建立全球网络非常重要，对於发展新的技术也非常重要，但是传输效率的问题需要更好的纠缠源和更好的探测器，这需要更多技术上的进步。

但是，对於量子加密手段的实际安全性如何，仍有待更实在的证明。潘建伟则表示，目前在真实的量子通信系统中，系统远远比攻击者强大，科学家假定窃听者具有物理学原理所允许的所有能力，其实现实中可能性不大。

那麼，如果攻击者真有这样的能力怎麼办？他说，团队计划请各种专家来攻击，也许这是证明安全性的最好方法。

甚至会进行悬赏，谁能攻破就给他奖金。

“看人能否从理论上攻击成功，我们据此对方案进行修改。京沪干线做好之后，会评测和对抗。 ”他说。

财新记者採访了多位专家，他们多用手机时代的“大哥大”来形容目前量子通信的发展水平。在他们看来，量子通信可以说基本上到了可用的阶段，现在的应用还比较初级，以后的方向就是如何在更广泛的领域取得大规模应用。

“刚有‘大哥大’的时候，我们就觉得很神奇但没什麼用途，但今天的手机已经变成很普通的生活必需品，需要一个过程。 ”一位专家说。

最近股票市场比较火爆，甚至出现了量子通信概念股，但是也有清醒的人士认為，这只是一种望梅止渴式的炒作。

量子通信并没有到能够為上市公司创造价值的时候。

在潘建伟看来，这一现象反映了市场对量子通信技术的渴望和认可，说明量子通信具有显而易见的战略价值。然而， “量子通信能够為上市公司创造价值”这一说法不妥，应该是通过市场机制、股市途径等，将更多的社会资源用于支持量子通信技术的发展，使量子通信技术能够更好地给予社会回报。

目前实用化的量子通信技术会对光电製造、通讯装备製造、光通信，密码和信息安全，基础软件和应用软件等传统信息技术產业起到提升作用。随著更系统的量子信息技术的突破、成熟和发展，更广泛的新兴信息技术產业有望形成和快速壮大。

潘建伟指出，目前，国内的上市公司中没有一家是真正从事量子通信技术研发和服务的，希望市场不要炒作这些概念股，而是去关注量子通信真正的发展情况。


英文版：
In China, Quantum Communications Comes of Age


【附录】
“量子通信安全传输创世界纪录”入选2014年中国十大科技进展新闻
银行业首次成功应用量子通信技术