量子通信：绝密的未来通信

处理和通信：欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》中给出了欧洲未来五年和十年量子信息的发展目标，例如将重点发展量子中继和卫星量子通信，实现1000公里量级的量子密钥分配。欧洲空间局计划到2018年将国际空间站上的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路，首次演示绝对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。欧盟在2008年9月发布了关于量子密码的商业白皮书，启动量子通信技术标准化研究，并联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC工程。

日本提出了量子信息技术长期研究战略，计划通过高强度的研发投入，在5至10年内建成全国性的高速量子通信网。日本邮政省将把量子信息确定为21世纪国家的战略项目，日本的NICT也启动了一个长期支持计划。日本国立信息通信研究院计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。

另外，一些世界著名的公司也对量子信息技术投入了大量研发资本，介入了产业化开发，例如：美国电话电报公司（AT&T）、Bell实验室、IBM、Hewlett-Packard，荷兰Philips，日本Hitachi、NEC、NTT、Toshiba，英国电话电报公司，德国西门子公司等。2010年10月，日本在东京展示一个由NEC、Toshiba、三菱电子等公司支持建设的量子通信网络。由此可见，大型国际企业已经实际地介入了量子通信技术的研发和产业化。

而我国在这方面处于国际领先水平，已经实现了超过两百公里（世界纪录）的安全信息传输，实用化安全传输距离已达到几十公里，量子通信网络技术已发展成熟。

实用化进程：与经典通信的融合

从目前的实际应用来看，将量子通信网络与现有网络进行融合是最优的发展战略。互联网在设计时并没有深入地考虑安全性，这造成当今的网络安全问题十分突出。量子通信是人类能掌握的最保密的通信技术，量子通信和经典通信网络的融合研究对于提升未来网络的安全性具有重要的意义。

量子通信和经典网络的融合需要解决物理层和组网技术、中继技术和通信应用技术等几个方面的融合问题。对于未来网，应当从基础设施的建设和利用上就考虑和量子通信的融合。由于传统的光通信可能在很长一段时间内仍然是主要通信技术手段，在光通信网络上实现量子通信网络，将是融合的基础。

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，量子通信不会完全替代现有的通信技术，而是在现有的技术上在物理层、网络层、应用层将两者进行了融合。

从物理层来说，可以从光源、探测器和信道方面考虑。在光源方面，利用单光子源或者单离子源，或者将激光光源衰减到单光子量级应用到实际工程中；在探测方面，因为是单光子信号源，需要特测器有单光子量级特征，对量子密钥分发中的连续变量进行测量；在信道方面，对于不同的光源用不同波长的商用光纤即可满足条件。

从网络层来说，一方面我们可以采取独立的信道和统一的网络结构，也可以用一根光纤既传递量子信号又传递经典信号；除了光纤技术，还需要采取例如基于纠缠交换的量子中继技术来解决量子通信的远距离传输这一核心问题；此外，在组网的往来上，可以采取电路交换或者波长复用技术，并且增加量子路由器来进行控制。

从应用层来看，我们可以跟现有的互联网安全协议结合，用量子密码来替换现有协议中的初始密码，这样既可以得到更高的安全性也可以保持实际的通信速率。现在实际用到的量子保密分发的方法都是用诱骗态量子密钥分发的方法。而一旦用量子的方法产生密钥，则必须与后继的经典通信结合才能实际应用。比如，我们用量子密码生成种子密钥，然后用经典的方法进行扩张，这样既保证了种子密钥的安全，同时也有很高的通信效率。

■专家视点

于渌 中国科学院物理研究所研究员，中国科学院院士

量子通信从原理走上小范围专用问题的实用化，是现在全世界都在努力的方向。中国的起步不错，也有很好的学术带头人，下一步的发展就是明确定位的问题。一方面是注意与现有通信的融合，要善于借鉴现有的通信技术；另一方面，安全性是量子通信在实际应用中的体现，应在未来制定量子通信安全性标准。

王向斌 清华大学教授

量子密钥分发的实际产业化应用应该着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。另外，任何实际的系统都不是绝对安全的，量子通信目前重点先要解决的安全问题应放在光源、信道和检测方面。最终目标是促进量子保密通信产业化。

余少华 武汉邮电科学研究院总工程师、光纤通信技术和网络国家