還記得這樣的場景嗎？電影中，主人公走入一扇“任意門”，瞬間就穿越來到另一個空間……
在量子世界里，這或許不是幻想。就在今天凌晨，我國發(fā)射了全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星。這顆以中國古代科學(xué)家墨子命名的“墨子號”衛(wèi)星，帶著探索星地量子通信的使命升空，將繼續(xù)為中國和世界的前沿科技“探路”。
未來在軌運行的兩年時間里，它將配合地面的五個臺站，進(jìn)行大量工作，并將幫助我們建立一個極其安全的全球通信網(wǎng)絡(luò)。
中國空間量子衛(wèi)星領(lǐng)軍人物，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉院士說，之所以起名“墨子”，因為墨子首先通過小孔成像實驗發(fā)現(xiàn)了光是直線傳播的，而且墨子也提出了某種意義上的粒子論。 “因此，光量子學(xué)實驗衛(wèi)星用這位中國先賢命名，我認(rèn)為是很妥帖的。”
究竟什么是量子通信？
古往今來，人們對于信息加密的探索從未停止。古時候，人們在信封上滴蠟蓋上火印，但仍防不住有人拆開、讀完再復(fù)原。現(xiàn)代，人們用電磁波傳遞秘密，但“音量”再低，也防不住精細(xì)的竊聽。
現(xiàn)今，科學(xué)家設(shè)法將“音量”調(diào)低到如此程度：只依靠一顆顆光子，任何竊密者去測量都會破壞它，從而被發(fā)現(xiàn)。信息微弱到了極限——量子級別，再小心的讀取都會徹底改變它，而不可能只改變一點點。這就是量子通訊的保密原理。
連美國都無法破解的中國量子密鑰技術(shù)究竟是什么？看看中科院的科普：
那么，量子科技和我們有什么關(guān)系？
“量子通信是迄今唯一被嚴(yán)格證明為無條件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆，所以能保證加密內(nèi)容不被破譯，可以從根本上保障信息安全、保護(hù)全人類的隱私。”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程首席科學(xué)家潘建偉表示，理論上絕對安全的通信一旦實現(xiàn)，政府、軍隊和銀行，乃至全社會都將獲益。
（1）改變生活：或15年后走進(jìn)中國百姓家
在潘建偉看來，量子通信的應(yīng)用前景，就像電話的普及過程一樣，將逐步進(jìn)行，蔚為可觀。“一開始，量子通信可能會應(yīng)用于國防、金融、政務(wù)、科學(xué)研究等，之后會在大眾中廣泛應(yīng)用。”
基于個人判斷，他給出了一個量子通信技術(shù)普及的“時間表”：5年左右很多機(jī)要部門開始用，10年左右金融業(yè)、銀行等大機(jī)構(gòu)開始使用，15年的時間或許走進(jìn)千家萬戶。“屆時，每個人的家里、手機(jī)上或許都會有一個量子加密芯片，銀行轉(zhuǎn)款、電子賬戶等的涉密操作，都不用擔(dān)心被盜用或者攻擊。”
他并表示，這需要一個過程，依賴于量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，應(yīng)用成本也會逐漸下降。
（2）影響世界：多國望與中國共建“量子星座”
雖然量子科學(xué)實驗衛(wèi)星成功發(fā)射，但從長遠(yuǎn)來看，“要實現(xiàn)全球化量子通信還需要長期的努力，特別是需要多顆衛(wèi)星的組網(wǎng)”，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總師兼衛(wèi)星系統(tǒng)副總師彭承志表示，“這條征途沒有盡頭”。
也因此，中國以開放的姿態(tài)歡迎全球合作。“我們非常高興地同意了奧地利方的請求，共同就北京到維也納之間的洲際量子通信進(jìn)行實驗合作，中方并決定向全球開放載荷的相關(guān)數(shù)據(jù)”，潘建偉介紹稱。
他表示，德國和意大利也非常希望繼奧地利后加入中國團(tuán)隊的實驗，在探索全球量子通信組網(wǎng)建設(shè)、“量子星座”建設(shè)中與中方展開合作。“協(xié)議目前已經(jīng)走完了相關(guān)的流程，近期就將進(jìn)行簽署。”
“畢竟，科學(xué)也是面向全世界的，中國的量子衛(wèi)星走在世界前列之后，可以引領(lǐng)整個學(xué)術(shù)界在這個方向開展研究，為人類貢獻(xiàn)中國智慧”，潘建偉說。
量子通信市場空間及產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/strong>
量子通信屬于高科技產(chǎn)品，最初的應(yīng)用主要在軍事需求，超高的安全性，因此，得到國防的大力投入，在研究實力方面，軍方的量子通信技術(shù)是最高的。
《2016-2020年中國量子通信行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報告》中指出，量子通信在軍事、國防、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價值和前景，不僅可用于軍事、國防 等領(lǐng)域的國家級保密通信，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)和票據(jù)的電信、證券、保險、銀行、工商、地稅、財政以及企業(yè)云存儲、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域和部門，而技術(shù)又相對成熟，未來市場容量極大。
量子通信應(yīng)用范圍其中在專網(wǎng)市場，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，隨著量子通信技術(shù)的引入，國家對專網(wǎng)的持續(xù)投入加大，專業(yè)無線通信市場未來幾年將保持高速度增長，保守估計到2020年我國專網(wǎng)通信行業(yè)的市場規(guī)模將有望達(dá)到300億元，（2014-2020年間復(fù)合增速為25.66%）。
由于專網(wǎng)市場增量需求中比較大的一塊來源于量子通信的滲透于應(yīng)用，預(yù)計到2020年，將有35%的專網(wǎng)市場有望采用量子通信技術(shù)。因此，在專網(wǎng)市場內(nèi)，量子通信的專網(wǎng)市場規(guī)模有望達(dá)到105億左右。
產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)上市公司如下：
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附專家問答：“墨子星”上天啦！瞬間移動真能實現(xiàn)？
問：“量子態(tài)隱形傳輸”意味著能實現(xiàn)《星際迷航》里的瞬間移動嗎？
答：“量子態(tài)隱形傳輸”是基于量子疊加和量子糾纏的特性，就是甲地某一粒子的未知量子態(tài)，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實傳輸?shù)氖橇Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是粒子本身。這種狀態(tài)傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動”。
現(xiàn)在，在光子、原子等層面已經(jīng)實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到。因為科幻電影里人的傳送，不僅需要把人的實體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴(yán)格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現(xiàn)意識和記憶就更復(fù)雜了。
不過，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，也許未來我們還是可以實現(xiàn)人的量子隱形傳態(tài)，到那時星際旅行就不是夢啦。
問：將來機(jī)器會不會像《變形金剛》里一樣被裝上量子大腦，從而取代人類？
答：所謂量子大腦，其實就是當(dāng)今正在研制中的量子計算機(jī)。未來的量子計算機(jī)可能會對人工智能起到極大的幫助，在數(shù)據(jù)搜索、分析和處理方面提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前經(jīng)典計算機(jī)的運算能力。
機(jī)器人都是預(yù)先設(shè)置好程序的，而人是有意識和自由意志的。研究發(fā)現(xiàn)，人腦中的思維機(jī)制與量子疊加、量子糾纏或許存在相似之處。所以也有學(xué)者認(rèn)為，未來可望創(chuàng)造出與人腦一樣運行的人工智能機(jī)器人。真到這種程度，機(jī)器與生物之間的界限已經(jīng)非常模糊。這目前還只是一種暢想，未來究竟怎樣還得拭目以待。
（被采訪者：量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士、中科院物理所研究員呂力、北京大學(xué)物理系教授劉雄軍）