1.6　未来世界是量子互联网的时代

预计2030年前，量子计算机将投入实际应用，解决许多具有重大经济和社会价值的问题。

1. 量子通信“无条件安全”

2016年8月，中国发射了世界上首颗量子科学实验卫星，并已建成量子通信“京沪干线”，在全球处于领跑地位。据预测，到2030年，量子通信将实现大规模应用。经典通信的硬件设施不会被取代，只需在原有设施上“锦上添花”——在通信发送端和接收端安装单光子探测器、量子网关等量子加密设备，即可在电话、传真、光纤网络等原有通信网络中实现量子通信，安全性大幅提升。中国正在构建的天地一体化量子通信网络如图1-18所示。

与经典通信不同，量子通信可以将信息编码，加载到单个光子的量子叠加态的偏振方向上。单光子是光能量的最小组成单元，不能被再分割，量子状态无法被精确复制，任何窃听行为都会对其造成扰动，从而被通信双方察觉并规避。通过量子态传输，通信双方协商生成量子密钥，再加上对信息进行“一次一密”的加密保护，真正实现信息在传输中的完全随机、不可破译，从根本上解决通信安全问题。

2. 量子计算机将“秒杀”超算

利用0+1、0-1等量子叠加态，各国科技人员还在研发量子计算机。随着可操纵的量子数量增加，量子计算机的计算能力会指数级上升。

指数级上升的威力有多大？印度的棋盘麦粒故事很能说明问题。舍罕王打算奖赏国际象棋的发明人——宰相达依尔，就问他想要什么。达依尔对国王说：“请您在这张棋盘的第一个小格里，赏给我1粒麦粒，在第二个小格里给2粒，第三个小格里给4粒，以后每一小格中的数量都比前一小格加1倍。请您把摆满棋盘上所有64格的麦粒，都赏给我吧！”国王觉得这个要求太容易满足了，就命令手下搬来几袋麦粒。当记数开始一段时间后，国王才发现：就算把全世界的麦粒都拿来，也填不满这些象棋格子。

同样道理，当量子计算机可操纵的量子数达到一定级别，它的计算能力将会十分惊人。当计算机发展到50量子比特的时候，就能够实现“量子称霸”，对特定问题的处理能力远超现在的超级计算机。这意味着，许多大规模计算难题能得到有效的解决方案，在密码破解、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探等领域具有巨大的应用前景。

3. 中国量子通信技术领跑全球，未来十年拟构建量子互联网

最开始，人类结绳记事；然后，人们用语言和文字沟通；再后来，手机、网络成为必需品。信息传输，早已从如何传输，走入了“如何安全传输”的年代。

中国首颗“量子科学实验卫星”的发射成功，有望让量子通信真正进入广域传输时代；其“测不准”“不可复制”等特性，使得其传输的信息在理论上永不会被解密。

不过，发射卫星只是一个起点，在“宏伟量子大厦”中，量子“京沪干线”正在飞速搭建，天地一体的广域量子网络指日可待，市场应用不断突破。在第二次“量子革命”中，中国正在领跑。十年磨剑，量子通信从“三点一线”走到“洲际传播”。

目前，中国工商银行、北京农商银行等多家银行率先试用了量子通信加密技术。从理论上讲，通过设备产生量子密钥，再对数据进行加密传输，是不会被窃取的，这对金融数据传输是非常必要的。

量子“京沪干线”总长2000多千米，建成后，目标应用于军事、金融、政务等领域信息的安全传输。金融机构、媒体、大型企业，都可以成为量子通信的用户。

4. 竞争加剧，“第二次量子革命”出现

量子信息技术方兴未艾，这一领域的国际竞争也在不断加剧。2017年以来，欧美纷纷提出“第二次量子革命”计划，加大基础研究和产业发展方面的投入。

2017年3月，欧盟委员会发布《量子宣言（草案）》，计划于2018年启动10亿欧元的量子技术项目。其中，在量子通信方面，规划5年内突破量子中继器核心技术，实现点对点安全量子通信。10年内实现远距离量子网络、量子信用卡应用等，目标是融合量子通信与经典通信，保卫欧洲互联网安全。美国更是将“量子跃迁”作为“六大科研前沿”之一，认为人类正站在下一代量子革命的门槛上，量子力学正在导致变革性技术，必须加大投入促进交叉性基础研究。

2017年5月在荷兰阿姆斯特丹举行了欧洲量子会议，这次会议上有参会者明确提出，欧洲要成为世界量子技术发展竞争中的领导者，并提议建设类似于中国量子通信“京沪干线”的项目。

发射全球第一颗量子通信卫星，无疑确立了中国在国际量子通信研究中的领跑地位。根据中国量子通信发展规划，量子卫星发射及建成量子通信“京沪干线”后，国内初步形成广域量子通信体系。到2030年左右，中国率先建成全球化量子通信网络。