近些年來，“量子互聯(lián)網(wǎng)”一詞開始步入人們視野。不久前，法國(guó)量子互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟啟動(dòng)一項(xiàng)為期7年的計(jì)劃，建立亞洲的量子互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。2020年，俄羅斯發(fā)布建設(shè)量子互聯(lián)網(wǎng)新藍(lán)圖，希望10年內(nèi)創(chuàng)建全省性的量子互聯(lián)網(wǎng)。
量子互聯(lián)網(wǎng)到底是哪些？簡(jiǎn)而言之，它是應(yīng)用了量子通訊、量子估算、量子精密檢測(cè)等技術(shù)的網(wǎng)路，是量子信息技術(shù)變遷的未來目標(biāo)之一。2022年的諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了3位量子信息科學(xué)的科學(xué)家，她們的研究成果對(duì)量子互聯(lián)網(wǎng)具有奠基作用。
傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)已是日常生活工作不可或缺的一部份量子通訊速度，但它仍存在眾多安全缺陷，會(huì)發(fā)生通訊被攔截、信息被泄露等情況。究其緣由，是傳統(tǒng)的密碼方式大都是“有條件安全”，即假定“敵人”的估算能力較弱，在合理的時(shí)間內(nèi)未能破解密碼。但倘若對(duì)方估算能力超過預(yù)設(shè)，或則開發(fā)出快速破解算法，密碼都會(huì)被破解。
量子互聯(lián)網(wǎng)被稱為“不可破解的網(wǎng)路”。它擁有量子保密通訊技術(shù)，致使對(duì)方雖然有無限的估算能力，也不可能破解用戶的密碼。這稱作“無條件安全”，是最高的安全等級(jí)。從原理上看，量子密碼要比傳統(tǒng)密碼安全得多。它借助量子疊加和量子糾纏等特點(diǎn)，通過一系列量子熱學(xué)的操作，直接讓雙方獲得一串隨機(jī)字符串作為秘鑰，對(duì)要傳送的文件以“一次一密”的方法加密。
量子保密通訊是目前最成熟且最接近實(shí)用的量子技術(shù)。在這一領(lǐng)域，中國(guó)走在世界最前列。2016年發(fā)射的“墨子號(hào)”衛(wèi)星，是世界上第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了星地之間的量子保密通訊；2017年開通的“京滬干線”，是世界上第一條量子保密通訊骨干網(wǎng)，在從上海到南京、貫穿南京和鎮(zhèn)江全長(zhǎng)2000余公里的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量子保密通訊。這三者聯(lián)接上去，建立了全球第一個(gè)天地一體化的量子通訊網(wǎng)路。
量子估算能急劇提高算力和智能化水平，近些年來也取得了重大進(jìn)展。微軟的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”、IBM的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“魚鷹”、中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院的光量子計(jì)算機(jī)“九章”以及升級(jí)版“九章二號(hào)”，分別在求解特定問題上趕超了當(dāng)前最強(qiáng)的精典計(jì)算機(jī)。“九章二號(hào)”的趕超倍數(shù)甚至高達(dá)10的24次方倍(億億億倍)。下一步，業(yè)界的目標(biāo)是達(dá)成具有實(shí)用價(jià)值的成果，如開發(fā)新藥、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)氣象，將量子估算推上新臺(tái)階。
量子精密檢測(cè)則是借助量子力學(xué)的原理，增強(qiáng)對(duì)個(gè)別數(shù)學(xué)量的檢測(cè)精度。利用量子檢測(cè)，中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了8.2公里外辨識(shí)一個(gè)人的姿態(tài)，以及45公里外在暴雨天辨識(shí)一棟大廈。這些被稱為“霧里看花”的技術(shù)用到測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)上，就能把偵測(cè)距離從2.6公里提升到8公里。近來，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了百公里級(jí)的自由空間高精度時(shí)間頻度傳遞實(shí)驗(yàn)，時(shí)間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到皮秒(千萬億分之1秒)量級(jí)，有望產(chǎn)生新一代“秒”的定義。那些對(duì)時(shí)間、加速度、振動(dòng)等性質(zhì)的超高精度檢測(cè)，將推動(dòng)全球定位系統(tǒng)、礦物鉆探、地震檢測(cè)、暗物質(zhì)偵測(cè)等。
回顧科技史，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將人類社會(huì)帶入信息時(shí)代。未來隨著量子信息技術(shù)不斷進(jìn)步，量子互聯(lián)網(wǎng)逐漸成熟，除了將會(huì)營(yíng)造愈發(fā)安全、速度更快的網(wǎng)路空間，能夠在更寬廣的領(lǐng)域帶來顛覆性應(yīng)用量子通訊速度，推動(dòng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型方向。
(作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院淮安微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心副研究員)《人民晚報(bào)》(2023年01月11日15版)