陈根：从量子通信到量子互联网的蜕变演绎

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文/陈根

从遥不可及的量子计算机幻想，到量子通信市场的探索式前进，走在未来科技前沿的全球量子互联网将成为趋势方向。索邦大学物理学教授朱利安-洛拉介绍，“伴随着量子网络的未来通讯系统规划日益成型，量子纠缠分发将成来现实，继而实现计算机的相互连接。”

量子计算机的原理应用

量子计算机，可以在无限小的尺度上利用物质的奇异特性，理论上能够在几分钟内解决很多传统计算机无法解决的计算问题。

不同于传统计算机使用的二进制比特，量子计算机使用的是基于量子力学原理的量子比特。这些量子比特是哈密顿量（它是能量函数）的基态和激发态之间的叠加态，也就是说，它们可以同时处于多种不同状态中的某一种状态。

在量子计算机中，量子比特直接作用于量子门，并在它们之间形成连通。这个过程被称为量子纠缠，它允许计算机在执行计算时执行非常复杂的运算。在量子计算机中，量子比特的状态则许计算机在一个时间点上同时处理多个计算目标，并能够确保在处理大数据集时保持高速。

目前，量子计算机的研究虽然仍处于初级阶段，但已经在量子密码学、新型药物研发、金融分析、气候建模等方面有了很多前瞻性的应用程序和场景。而且，在不久的将来，伴随着新材料、新设计和更好的软件将应用于研发量子计算机，更多的实验室成果将陆续转化为实际应用程序，并给诸多领域带来巨大的变革。

量子通信及其在中国的发展

量子通信，是一个得益于量子加密密钥的超级安全的通信网络。

根据波士顿咨询公司近期的一项调查，后量子密码学和量子通信的新兴市场蕴含着巨大的潜力。到2030年，这个市场的规模将可达100亿美元，与量子计算市场的规模（60亿到120亿美元）相当。

目前，人们使用许多标准算法传输加密密钥，其中最著名的是RSA算法。而系统之所以是安全的，是因为一台计算机无法解读如此复杂的计算。“安全是通过物理学的方式来保证的，它是一种内在的安全。”据索邦大学物理学教授朱利安-洛拉介绍，如果有人截取量子通信，其会自动破坏它。

以中国为例，在量子通信领域的研究已取得突破性进展。在产业链上游，华为、中兴等通信设备商为量子通信提供经典通道。在产业链中游，量子保密通信网络运维商，如神州信息、中国通服等传统运维商与量子网络公司共同参与运维。在产业链下游，量子通信技术在金融、军事、政务、商务等领域具有广泛的应用前景。阿里巴巴与国盾量子、中兴通讯合作的OTN量子安全加密通信系统等案例，充分展示了量子通信在各行业应用的巨大潜力。

量子互联网呼之欲出

量子通信，基于两点之间的信息传输是一种已经被证明的技术。“粒子的量子特性是只能读取一次。”泰雷兹公司科学总监马尔科-埃尔曼强调，“我可以编码一组量子态光子，就相当于传统密钥，以二进制形式传输。这就是人们所说的量子密钥分发。”但是，“密钥由光子携带，后者通过光纤传输，就像我们的传统互联网一样。但在最多50到150公里后，这些光子就会被吸收。”这就要求我们需要建立的是一个大都市规模的网络，而不是一个国家或世界规模的网络。

“下一阶段，将要实现量子纠缠分发。有了这个，我们将能够使计算机相互连接。”洛拉说，基于此，一个真正的量子互联网将真正形成。