量子互联网的未来

　　近年来，“量子互联网”一词开始进入人们视野。不久前，欧洲量子互联网联盟启动一项为期7年的计划，构建欧洲的量子互联网生态系统。2020年，美国发布建设量子互联网蓝图，希望10年内创建全国性的量子互联网。

　　量子互联网究竟是什么？简而言之，它是应用了量子通信、量子计算、量子精密测量等技术的网络，是量子信息技术演进的未来目标之一。2022年的诺贝尔物理学奖颁给了3位量子信息科学的科学家，他们的研究成果对量子互联网具有奠基作用。

　　传统互联网已是日常生活工作不可或缺的一部分，但它仍存在诸多安全缺陷，会发生通信被拦截、信息被窃取等情况。究其原因，是传统的密码方法大都是“有条件安全”，即假设“敌人”的计算能力较弱，在合理的时间内无法破解密码。但如果对方计算能力超过预设，或者开发出快速破解算法，密码就会被破解。

　　量子互联网被称为“不可破解的网络”。它拥有量子保密通信技术，使得对方即使有无限的计算能力，也不可能破解用户的密码。这叫做“无条件安全”，是最高的安全等级。从原理上看，量子密码要比传统密码安全得多。它利用量子叠加和量子纠缠等特性，通过一系列量子力学的操作，直接让双方获得一串随机字符串作为密钥，对要传送的文件以“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实用的量子技术。在这一领域，中国走在世界最前列。2016年发射的“墨子号”卫星，是世界上第一颗量子科学实验卫星，实现了星地之间的量子保密通信；2017年开通的“京沪干线”，是世界上第一条量子保密通信骨干网，在从北京到上海、贯穿济南和合肥全长2000余公里的距离内实现了量子保密通信。这两者连接起来，构建了全球第一个天地一体化的量子通信网络。

　　量子计算能大幅提升算力和智能化水平，近年来也取得了重大进展。谷歌的超导量子计算机“悬铃木”、IBM的超导量子计算机“鱼鹰”、中国科学技术大学的光量子计算机“九章”以及升级版“九章二号”，分别在求解特定问题上超越了当前最强的经典计算机。“九章二号”的超越倍数甚至高达10的24次方倍（亿亿亿倍）。下一步，业界的目标是达成具有实用价值的成果，如开发新药、准确预报气象，将量子计算推上新台阶。

　　量子精密测量则是利用量子力学的原理，提高对某些物理量的测量精度。借助量子测量，中国科学家实现了8.2公里外识别一个人的姿态，以及45公里外在大雾天识别一栋大楼。这种被称为“雾里看花”的技术用到测风激光雷达上，能够把探测距离从2.6公里提高到8公里。最近，中国科研团队在国际上首次实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒（千万亿分之一秒）量级，有望形成新一代“秒”的定义。这些对时间、加速度、振动等性质的超高精度测量，将助力全球定位系统、矿物勘探、地震监测、暗物质探测等。

　　回顾科技史，互联网的出现将人类社会带入信息时代。未来随着量子信息技术不断进步，量子互联网逐步成熟，不仅将会营造更加安全、速度更快的网络空间，还能在更广阔的领域带来颠覆性应用，引领新一轮科技革命和产业变革方向。