46歲的“學霸”科學家潘建偉近期再度受關(guān)注，是因為我國發(fā)射的世界上首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”。預計在11月中旬，這顆衛(wèi)星將完成全部在軌測試工作，開始國際前沿量子科學實驗。潘建偉正是這顆量子衛(wèi)星的首席科學家。
在11月5日舉行的“2016年中國科技傳播論壇”上，潘建偉表示，將用15年左右時間，構(gòu)建天地一體的有量子通信安全保障的未來互聯(lián)網(wǎng)，即量子互聯(lián)網(wǎng)。他說，“量子稱霸”為時不遠。
潘建偉個子不高，平時穿著一件舊襯衫，一雙布鞋。
2016年8月16日凌晨1時40分，我國首顆量子科學試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。在全程觀摩完發(fā)射后，46歲的潘建偉激動得像個孩子，緊緊擁抱著團隊的其他人，眼淚都快掉下來了。
量子衛(wèi)星
中國“驚艷”世界
雖然量子衛(wèi)星只是一個體重640千克的小個子，但為這一刻，潘建偉等了13年。
中國成功發(fā)射量子衛(wèi)星的消息也在全球引起轟動。潘建偉的老師、量子通信領(lǐng)域的權(quán)威、維也納大學物理學教授塞林格也在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心觀看了發(fā)射。塞林格認為，量子衛(wèi)星的發(fā)射將量子通信提高到一個新的水平。
著名的“薛定諤的貓”是這樣描述量子力學的：盒子里有只貓，在日常生活中它要么處于活的狀態(tài)，要么處于死的狀態(tài)；但在微觀量子世界里，這只貓會同時處于生和死兩個狀態(tài)的疊加。
而潘建偉告訴記者，我們所處的世界由很多基本元素顆粒組成。當太陽光照過來時，這束光是由一顆顆小顆粒組成，這種小顆粒就叫光子。光子是光的最小組成單元，具有不可分割性。光子在真空中傳播時有一種特性——偏振。它會沿著水平方向和垂直方向振動。這兩種光子的振動狀態(tài)分別用0和1表示。根據(jù)量子力學的原理，在尚未被觀察時，光子的狀態(tài)并不知道是0或是1。如果你嘗試去觀察它，就會對它有干擾，光子狀態(tài)會被破壞，所以這種振動態(tài)是無法被精確復制的。
量子通信的絕對安全性正是基于這個原理。潘建偉解釋說，傳統(tǒng)的通信加密需要使用一連串數(shù)字組成的密鑰確保安全，但在傳輸過程中若被竊聽，就可能被破譯。而量子密鑰具有不可克隆的特質(zhì)，基于量子力學的測不準原理，如果密鑰在傳輸過程中遭遇竊聽，收發(fā)雙方就會知道，從而放棄使用不安全的密鑰。在歐洲和美國，基于光纖的量子密鑰分配網(wǎng)絡已經(jīng)大規(guī)模應用。
量子通信
防止斯諾登和黑客
說到量子通信的前景，潘建偉來了勁。
他舉例說，“如果我們帶著一個保險箱去北京開會，而保險箱的鑰匙落在合肥了，在合肥的同事可以通過量子隱形傳輸，將鑰匙的每一個特征都精確傳送到北京，而在此過程中他并不掌握這把鑰匙的任何信息。”
前幾年爆發(fā)出來的斯諾登事件，讓潘建偉更感覺到開發(fā)量子通信的緊迫性。“不能再等了。斯諾登事件表明，傳統(tǒng)的光纖傳輸，黑客可以進行無感竊聽。”此后，潘建偉對量子通信愈發(fā)癡迷。
他曾經(jīng)對中科大的老校長朱清時說：“只要是什么時候能把為什么會有量子糾纏搞明白的話，我馬上就可以死，沒有問題的。但現(xiàn)在可能還搞不清楚，所以我就想活得長一點，我想把它搞明白。”
衛(wèi)星精度
萬米高空定點投幣
量子衛(wèi)星研制的13年，潘建偉形容是“從絕望中尋找希望”的過程。比如，量子密鑰通信機和量子糾纏發(fā)射機是量子衛(wèi)星對地直接進行量子通信的設(shè)備，最重要的就是與地面站的精確對準。衛(wèi)星的運動速度大約是8公里/秒，要和地面望遠鏡的光軸精確對準，用一個形象的比喻就是針尖對麥芒：衛(wèi)星的對準精度就好比在一萬米高空的飛機上，向地面扔一個一個硬幣，要準確投入儲蓄罐狹長的投幣口內(nèi)，而儲蓄罐還在慢慢旋轉(zhuǎn)中。只要有一點偏差，信息傳輸就會功虧一簣。
生活應用
量子芯片可防盜刷
“有國外同行把量子衛(wèi)星比喻為前蘇聯(lián)的‘伴侶號’衛(wèi)星，那是人類第一顆人造衛(wèi)星，所以‘墨子號’的開創(chuàng)性不言而喻。”潘建偉自豪地說。
量子通信與普通老百姓的生活有關(guān)嗎？他介紹說，中國力爭到2030年左右率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建信息充分安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”。開始可能國防安全用得比較多，如果這個秘鑰好用的話，馬上緊接而來的可能是金融領(lǐng)域，因為他們有一些保密性特別強的數(shù)據(jù)，需要這個技術(shù)。當然再過幾年成本低下來之后，每個老百姓的手機、銀行賬號里也可以用這種方法來進行保密。
他甚至給出了一個量子通信技術(shù)普及的時間表：5年左右很多機要部門開始用，10年左右金融業(yè)、銀行等大機構(gòu)開始使用，15年的時間或許走進千家萬戶。屆時，每個人的家里只要裝上一個量子加密芯片，那么，銀行轉(zhuǎn)款、電子賬戶等涉密操作，都不用擔心被盜用或者攻擊。
也許就在不遠的將來，量子通信技術(shù)將如同手機、電腦一般，走入尋常百姓家。
