8月16日凌晨1时40分，中国成功发射世界首颗量子通信卫星“墨子”，这可能为我们带来不可破解的加密无线网络。另外，耗资8000万美元、长达2000公里的量子通信京沪干线将在今年晚些时候建成，连接北京和上海的政府办公室。

领导量子通信项目的，是中国科技大学教授潘建伟，正是他成功构建了2009年国庆节阅兵关键节点之间的量子通信热线。今年早些时候，潘建伟在接受财新网采访时说：“中国完全有能力在一场局部战争中充分使用量子通信。未来的发展方向是利用量子中继卫星实现覆盖全军的量子通信指挥。”

工作原理

中国量子科学实验卫星效果图

这个量子通信网络和“墨子”将使用量子密钥分发技术来传输加密数据，通过光波脉冲信号传送加密秘钥。数据的传输非常安全，这得益于量子纠缠现象。相互独立的粒子“纠缠”在一起时，它们就拥有相同的量子态，无论彼此之间的空间距离有多远，但被观察到后，纠缠就会崩溃。

这意味着，从理论上讲，窃听者无法在不立刻改变量子态和不被发现的情况下窃取数据。

这种技术所提供的信息安全显然是所有国家都非常感兴趣的。“斯诺登事件告诉我们，在传输线路中可以进行光缆的无感窃听，黑客的攻击无所不在。”潘建伟说。

墨子号的质量约640千克，搭载量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机，轨道高度500公里，在轨设计寿命两年。

未来计划

维也纳大学量子物理研究人员安东·泽林格（Anton Zeilinger）曾希望欧洲航天局研发自己的量子通信卫星，但发现该机构动作缓慢。“他们动作太慢了，迟迟没有作出决定。”他在2012年对《自然》杂志说。

于是，泽林格选择与中国合作。他曾是潘建伟的博士生导师。2013年，奥地利和中国宣布合作开展空间尺度量子实验，在维也纳修建中国量子通信卫星的一个地面站。

今年1月，潘建伟说：“我们的第一个任务是看看能否在北京地面站和这颗卫星之间、维也纳地面站和这颗卫星之间实现量子秘钥分发。然后，看看能否把这颗卫星作为中续装置，在北京和维也纳地面站之间实现量子秘钥分发。”作者联络了泽林格的办公室，他们说：“计划在欧洲建造4个地面站。”

对于未来的规划，新华社报道称，中国要力争“在2020年实现亚欧洲际量子秘钥分发，在2030年建成全球量子通信网络”。

潘建伟表示，他想要“看看能否在地球和月球之间进行量子纠缠分发。我们希望通过嫦娥探月工程，把一颗量子卫星发射到地月系统的一个重力平衡点（拉格朗日点）。”

同时，中国政府一直在和国内的民营科技公司合作，包括阿里巴巴和中兴。2015年，阿里巴巴署了一份战略合作协议，与中国科学院共同成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”。潘建伟说：“该实验室将开展前瞻性研究，研制最有希望实现量子计算实际应用的系统。”

“该实验室将把阿里云在经典计算算法、架构和云计算方面的技术优势，以及中科院在量子计算和模拟、量子人工智能等方面的优势结合起来，以突破摩尔定律和经典计算的瓶颈。”

在中国之外，加拿大联邦经济发展局资助了量子计算研究所（Institute for Quantum Computing）和多伦多大学空间飞行实验室（Space Flight Laboratory）的量子秘钥分发微卫星可行性研究。

量子计算

IBM研究院的量子计算机结构示意图

除了量子通信，眼下还有大量投资在涌入量子计算的其他相关领域。在量子计算中，量子位不是处于1或者0的二进制状态，而是处于“叠加态”，既是1也是0。这可能催生出性能飞跃的计算机，能够利用的可能状态要多得多。

在商业化方面，加拿大公司D-Wave是这个领域的领头羊之一，推出了几种包含量子机制的计算机。该公司宣称，D-Wave 2X拥有1,000个量子位，可同时评估21000个可能方案。但D-Wave 2X是不是真正的量子计算机还存在争议。

和美国宇航局（NASA）共用一台D-Wave计算机的谷歌（Google），也建立了自己的量子计算机研发部门，由约翰·马丁尼斯（John Martinis）领导。IBM在2014年启动了一个耗资数十亿美元的量子计算机计划，并在今年5月向公众开放了基于IBM云的试验性量子计算平台“IBM Quantum Experience”。

IBM表示：“我们正在掀开信息革命的新篇章。到目前为止，这场革命几乎完全基于物理学家所说的经典信息模型。现在，我们知道这太狭隘了。量子理论和量子信息处理技术将使我们可以完成经典计算机需要花费无数岁月才能完成的运算，使我们可以通过其他的方式来处理信息，这些方式是如此地新颖和不同，以至于根本无法用经典模型来加以准确描述，更别说执行了。”

目前各主要国家都在大力开发量子计算技术。美国中情局旗下的风投机构In-Q-Tel就投资了D-Wave公司；NASA建立了自己的量子人工智能实验室（D-Wave、NASA、谷歌都在彼此合作和竞争）；去年底，美国情报高级研究计划署（IARPA）向IBM提供了“一大笔资金，以推进通用量子计算机的研究”。

欧盟虽然在建造量子通信卫星方面动作缓慢，但同样不想错过量子计算革命。今年5月，欧盟数字经济和社会委员京特·厄廷格（Günther H. Oettinger）公布了一个耗资11.2亿美元的量子技术项目，“这是个庞大的项目，在规模、时间跨度、雄心方面，与欧洲目前的两个（未来和新兴技术）旗舰项目——石墨烯旗舰项目、人类大脑工程——相当”。

今年早些时候，加拿大总理贾斯汀·特鲁多（Justin Trudeau）因为在公开场合流利地解释量子计算原理并宣布向该领域投入3900万美元而受到媒体广泛报道。一周后，澳大利亚总理马尔科姆·特恩布尔（Malcolm Turnbull）为一个新的量子计算实验室揭牌，他说：“对于澳大利亚而言，这不仅是重要的一步，更是伟大的一步。”