不可被破解！日本擬 5 年內創建短距離量子互聯網，從便捷鏈接向安全性過渡

量子互聯網被認爲是理想的互聯網，即便與一千千米之外的人交流，理論上也不會泄露信息。從傳統互聯網向量子互聯網的轉型，被業界稱爲從追求便捷鏈接的時代進入到追求安全性的新階段。

2020 年 7 月，美國政府宣佈了建設量子互聯網的藍圖。當時的報告稱，基於量子力學的通訊系統是「二十一世紀最重要的技術前沿之一」，科學家計劃藉此創建一個「幾乎不可破解的網絡」。近日，日本 Mercari 公司、東京大學和大阪大學也聯合發佈了一項公告，表示計劃在 5 年內創建短距離量子互聯通訊網。

幾乎不可破解的網絡 —— 量子互聯網

量子互聯網能夠理解爲支撐量子通訊的一種新型功能網絡，它不是、也不可能替代傳統的互聯網，而是傳統互聯網功能的延伸和補充。在傳統互聯網上傳輸的是由電信號承載的傳統比特(bit)，量子互聯網傳輸的則是由量子態承載的量子比特(Qbit)。

人們覺得互聯網就是各類光纖、電纜和天線的組合，實際上是大錯特錯了，支撐起互聯網的功臣是路由器、交換機、服務器和TCP/IP通訊協議，是它們的大力協做才能使傳統比特信息高速、準確和有序地傳達四方。

關於量子互聯網的定位，媒體通常會用這句話來做爲概述：下一代互聯網將依靠革命性的新技術，帶來不可破解的網絡和比光速更快的信息傳播。

這背後是由於量子互聯網引入了在微觀世界成立的「量子力學」法則，其關鍵在於一種看起來可讓信息瞬間移動的技術，即「量子隱形傳態」技術。

用量子世界的先驅之一 Eden Figueroa 的話來講是量子世界的先驅園丁之一

在美國、歐洲和中國，只有幾百名左右的物理學家真正理解如何利用量子物理學中一些最奇怪、最前言的方面。在這個奇怪的舞臺上，物體能夠同時以兩種或兩種以上的狀態存在，稱爲疊加態；它們能夠在長距離內瞬間相互做用；它們能夠閃進閃出。像Figueroa這樣的科學家想利用這種奇異的行爲，並將其轉化爲一個正常運行的新時代互聯網，他們說，這個互聯網將是堅如盤石的，能夠安全地發送信息，不受黑客的攻擊。

目前的互聯網是將信息轉換成光信號進行交換，而量子互聯網是利用微弱的光粒子——「光子」來傳遞信息。根據量子力學法則，信息將伴隨發送端的光子瞬間抵達接收端，就好像是「瞬間移動魔法」同樣。

可以更安全地控制和傳輸信息的量子互聯網目前處於發展初始階段，將來將對科學、工業及國家安全相關關鍵領域產生深遠影響。量子互聯網可能首先在銀行和醫療服務等行業推廣，應用於國家安全和航空通訊領域，最終對全球每一個人的生活產生普遍影響。量子互聯網到底是什麼？《探索》雜誌的記者Dan Hurley，深刻科研一線進行了觀察，本文是他的記錄，原文標題《The Quantum Internet Will Blow Your Mind. Here’s What It Will Look Like》。

如何打造量子互聯網？

量子互聯網的建設須要巨大的投入，不只是金錢，還有時間與精力。

例如，歐盟在量子技術旗艦計劃的支持下，計劃在 10 年內建成量子互聯網。預計將來 10 年，在地面量子通訊投入約 3.5 億歐元，在天基量子通訊投入約 11 億歐元；此前俄羅斯國家開發銀行在訪問中國科大上海研究院時表示，計劃投資約 50 億人民幣專項資金用於支持俄羅斯量子中心開展量子通訊研究；2018 年美國國家量子計劃法案正式簽署頒佈，計劃投資約 13 億美圓，集合國家力量統一協調量子技術和產業發展。

除了錢以外，還有研究策略與步驟。這次日本擬建的短距離量子互聯網並無太多公開資料，具體狀況咱們暫時不得而知。但咱們能夠參考一下美國能源部發布的「從遠距離糾纏到創建全國性量子互聯網」的報告中提出的須要優先發展的研究方向：

1）爲量子互聯網提供基本的構建模塊；
2）整合集成多個量子網絡設備；
3）實現量子糾纏的中繼、交換和路由；
4）實現能容錯的網絡功能。

報告還提出了 5 個里程碑，即 5 個階段性目標：

1）在光纖網絡上完成量子安全協議的驗證；
2）實現校園之間和城市內的糾纏分發；
3）經過糾纏交換實現城際量子通訊；
4）經過量子中繼，實現州際量子糾纏分發；
5）創建國家實驗室、學術界和產業界之間的多方生態系統，由原型演示邁向運營基礎設施階段。

在量子通訊領域的具體發展路徑上，各國仍是有着較大區別的。根據工業科技領域權威平臺《科工力量》此前發佈的行業觀察所述，美國將立足於「量子互聯網」，以基礎科學研究爲引導。而中國則是傾力於「量子密鑰分發技術」（QKD），主要在作 QKD 的工程化、產業化。中美兩國在量子通訊領域基本屬於兩個不一樣的側重方向。

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近年來我國在量子通訊領域取得了突破性的進展，不管是世界首條遠距離量子通訊「京滬幹線」，仍是全球首顆量子通訊實驗衛星「墨子號」，在全球量子通訊領域都屬於前沿探索者。

據公開信息展現，在國家頂層設計和戰略部署下，2018 年 2 月，國家發改委正式批覆了新一代信息基礎設施工程「國家廣域量子保密通訊骨幹網絡項目」，該項目旨在經過 5-10 年的努力，在全球率先建成面向一帶一路、服務國家戰略需求、規模最大、技術最早進的地面總里程約 35000 千米的星地一體量子網絡。

由於量子通訊除了應用意義外，也有不少國家層面的戰略意義，因此各國之間處於發展競爭關係，在這種背景下，可否在技術發展的早期佔據領先優點，實現核心技術的國產化就變得相當重要。

部分參考資料來源：

Dan Hurley：《The Quantum Internet Will Blow Your Mind. Here’s What It Will Look Like》。
墨子沙龍：《量子互聯網究竟是什麼？中美競爭走到了哪一步？》&《量子通訊的問與答》
科工力量：《量子互聯網到底是怎麼回事》
神譯局：《不可被破解的「量子互聯網」，離咱們還有多遠？》