日前，不少媒體援引中國科學技術大學的官方消息稱，中國科研團隊成功實現了跨越4600公里的星地量子密鑰分發，標誌著我國已構建出天地一體化廣域量子通信網雛形，為未來實現覆蓋全球的量子保密通信網路奠定了科學與技術基礎。

這項科研成果於1月7日被髮布在國際頂級期刊《自然》上。這項成果有多麼重要？這意味著中國把量子保密通信推進到了實用的程度，遙遙領先其他國家。

那麼，什麼是量子保密通信？從古至今，人類創造出很多密碼體系，但沒有一個在原理上能保證安全，直到量子保密通信的出現。傳統的密碼總是需要派信使去送密碼本，被傳送的密碼本在專業中被稱作「密鑰」，信使若被抓或叛變，損失巨大。後來，密碼學家們發明瞭用數學難題加密的方法，解密因此變成了數學挑戰賽，但依舊存在被解密的風險。量子保密通信則獨闢蹊徑，提出了一種既不需要信使、也不依賴於數學難題的保密方法。

簡單來說，量子保密通信主要利用量子力學疊加、測量與糾纏等特徵，讓資訊的發送方和接收方直接建立聯繫。資訊的發送方和接收方通過一系列量子力學的操作，同時獲得了一段隨機字元串，比如011011100011。發收雙方就可以把自己手中的隨機字元串作為密鑰，用其將資訊加密，後面的傳輸就完全是傳統的通信了，用光纖、電話、電子郵件甚至平信都可以。

由此可知，量子保密通信的技術難度集中在密鑰的產生環節，這一步需要量子的信道。不過，由於這套量子力學的操作只能產生隨機字元串，不能按特定意願表示資訊，因此不能直接用量子信道傳輸資訊。

如果回溯的話，量子保密通信的原理，是1984年由加拿大和美國的科學家提出的。進入新世紀以來，中國在實驗層面上，後來居上。2016年，中國發射了世界第一顆量子科學實驗衛星「墨子號」。2017年，中國開通了世界第一條量子保密通信幹線「京滬幹線」。前者實現了衛星與地面站之間的量子保密通信，傳輸介質是真空與大氣層，也即自由空間傳輸。後者則實現了北京到上海之間2000公里的量子保密通信，傳輸介質為光纖。兩種方法各有優勢，可以互補使用。

「墨子號」與「京滬幹線」至今為止的運行結果，正是前述發表于《自然》雜誌上的論文的主要內容。「京滬幹線」有32個節點，還有兩個地面站可以通過「墨子號」跟「京滬幹線」連接，一個在河北興隆，另一個在新疆南山，總的跨度達到了4600公里。這也是論文題目《跨越4600公里的天地一體化量子通信網路》中「4600公里」一說的來源。無論是從連接的數量、生成密鑰的速率上，還是從抵抗物理攻擊能力、穩定性等方面來看，這個跨度4600公里的天地一體量子保密通信網路都達到了實用的要求。

當前，量子科技發展突飛猛進，作為一項對傳統技術體系產生衝擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，量子科技已成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。以「天地一體化量子通信網路」的構建為代表的一系列科研成果，證明中國已經具備了在量子科技領域的科技實力和創新能力。從全球範圍來看，比對2020年歐盟發布的量子旗艦計畫《戰略研究議程》、美國發布的《量子網路戰略願景》《量子互聯網國家戰略藍圖》，中國在量子通信領域領先歐盟3~5年，領先美國5~8年。

可以自信地說，中國在量子通信領域已經實現「彎道超車」，但也要清醒地看到，我國量子科技發展還存在不少短板，面臨多重挑戰。廣大科技工作者必須堅定不移走自主創新道路，深入分析研判量子科技發展大勢，找準我國量子科技發展的切入點和突破口，堅定信心、埋頭苦幹，突破關鍵核心技術，搶占國際競爭制高點，構築發展新優勢，為促進高質量發展、保障國家安全提供更強有力的支撐。

（作者：袁嵐峰，係中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員、中國科學技術大學科技傳播系副主任）