袁嵐峰：量子互聯網的未來

近年來，“量子互聯網”一詞開始進入人們視野。不久前，歐洲量子互聯網聯盟啟動一項為期7年的計劃，構建歐洲的量子互聯網生態系統。2020年，美國發布建設量子互聯網藍圖，希望10年內創建全國性的量子互聯網。

量子互聯網究竟是什么？簡而言之，它是應用了量子通信、量子計算、量子精密測量等技術的網絡，是量子信息技術演進的未來目標之一。2022年的諾貝爾物理學獎頒給了3位量子信息科學的科學家，他們的研究成果對量子互聯網具有奠基作用。

傳統互聯網已是日常生活工作不可或缺的一部分，但它仍存在諸多安全缺陷，會發生通信被攔截、信息被竊取等情況。究其原因，是傳統的密碼方法大都是“有條件安全”，即假設“敵人”的計算能力較弱，在合理的時間內無法破解密碼。但如果對方計算能力超過預設，或者開發出快速破解算法，密碼就會被破解。

量子互聯網被稱為“不可破解的網絡”。它擁有量子保密通信技術，使得對方即使有無限的計算能力，也不可能破解用戶的密碼。這叫做“無條件安全”，是最高的安全等級。從原理上看，量子密碼要比傳統密碼安全得多。它利用量子疊加和量子糾纏等特性，通過一系列量子力學的操作，直接讓雙方獲得一串隨機字符串作為密鑰，對要傳送的文件以“一次一密”的方式加密。

量子保密通信是目前最成熟且最接近實用的量子技術。在這一領域，中國走在世界最前列。2016年發射的“墨子號”衛星，是世界上第一顆量子科學實驗衛星，實現了星地之間的量子保密通信；2017年開通的“京滬干線”，是世界上第一條量子保密通信骨干網，在從北京到上海、貫穿濟南和合肥全長2000余公里的距離內實現了量子保密通信。這兩者連接起來，構建了全球第一個天地一體化的量子通信網絡。

量子計算能大幅提升算力和智能化水平，近年來也取得了重大進展。谷歌的超導量子計算機“懸鈴木”、IBM的超導量子計算機“魚鷹”、中國科學技術大學的光量子計算機“九章”以及升級版“九章二號”，分別在求解特定問題上超越了當前最強的經典計算機。“九章二號”的超越倍數甚至高達10的24次方倍（億億億倍）。下一步，業界的目標是達成具有實用價值的成果，如開發新藥、準確預報氣象，將量子計算推上新臺階。

量子精密測量則是利用量子力學的原理，提高對某些物理量的測量精度。借助量子測量，中國科學家實現了8.2公里外識別一個人的姿態，以及45公里外在大霧天識別一棟大樓。這種被稱為“霧里看花”的技術用到測風激光雷達上，能夠把探測距離從2.6公里提高到8公里。最近，中國科研團隊在國際上首次實現了百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩定度達到飛秒（千萬億分之一秒）量級，有望形成新一代“秒”的定義。這些對時間、加速度、振動等性質的超高精度測量，將助力全球定位系統、礦物勘探、地震監測、暗物質探測等。

回顧科技史，互聯網的出現將人類社會帶入信息時代。未來隨著量子信息技術不斷進步，量子互聯網逐步成熟，不僅將會營造更加安全、速度更快的網絡空間，還能在更廣闊的領域帶來顛覆性應用，引領新一輪科技革命和產業變革方向。