近年来，以量子卫星为代表的一系列量子信息技术成果，证明中国已经在量子通信领域走在世界前列，让无数国人感到自豪。量子通信拥有无可比拟的安全性和高效性，当然，也面临着巨大的挑战。

通信安全问题备受重视

近年来，信息泄露事件屡屡发生，尤其在“棱镜门”事件后，包括通信安全和网络安全在内的信息安全得到了国家和政府的高度关注和空前重视，信息安全保卫战已经上升到国家战略层面。

而此时，就需要一个新的通信系统来解决通信安全问题，量子通信无疑就是解决安全通信问题的重要技术。

量子通信，是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式，它是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。它主要涉及量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等多方面的理论。

如今，这门学科已逐步从理论走向实践。过去二十年间，国际学术界在量子保密通信的安全性上做了大量的研究工作，信息的安全性已经建立起来。中国科学家在这一领域取得了巨大成就，在实用化量子保密通信的研究和应用上创造了多个世界纪录，已无可争议地处于国际领先地位。

量子通信更加安全和高效

从安全性和高效性上来说，经典通信无法与量子通信相提并论。

那么量子通信是怎么实现更加安全和高效的呢？

首先，量子通信绝不会“泄密”。其一体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，他们也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息；其二，分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子，其中一个粒子的量子态发生变化，另外一方的量子态就会随之立刻变化，并且根据量子理论，宏观的任何观察和干扰，都会立刻改变量子态，引起其坍塌，因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏，并非原有信息。

另外一方面，被传输的未知量子态在被测量之前会处于纠缠态，即同时代表多个状态，例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0—127。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式的128次。可以想象，如果传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是惊人的2的N次方，或者更高。

因此，量子通信的安全和效率毋庸置疑。

单个光量子的制备和探测成难点

不过，在量子通信技术的研发过程中，单个光量子的制备和探测成为其发展限制的主要两大技术难点。

科学家潘建伟举了一个非常形象化的例子来解释单个光量子的制备这一关键技术的难度：一个普通的15瓦左右的灯泡每秒钟辐射出的光量子个数可以达到百亿亿个，想要实现单个光量子的制备就如同在这百亿亿个光量子发射出来的瞬间捕捉到其中的某一个，技术难度可想而知。

另外，便是单光子的探测。因为单个光子已经是光能量的最小单元，能量是非常微弱的，所以，这就需要发展出非常精密和高效的单光子探测技术，只有具备了单个光量子的制备和探测的能力后，我们才可以实现安全的量子通信。

量子信息的应用除了实现无条件安全的通信外，还可以带来计算能力的飞跃，这就需要第二种能力，就是要把一个个单量子纠缠起来。

量子计算机的能力是随着纠缠粒子数目呈指数增长的。比如有100个粒子的纠缠，每个粒子可以处于“0”和“1”的相干叠加中，100个纠缠的粒子就可以同时处于2100个状态的叠加，这就相当于同时对2100个数进行操纵，计算能力就大大提升了。而想要将这一个个粒子纠缠起来，就需要对它们之间的相互作用进行一个非常精准的控制。除此之外，还要保证克服环境的干扰。这也是一个难题。

量子通信系统性能还待提高

放眼未来，量子通信依然有许多问题待解决。

技术方面，量子通信系统性能有待提高，技术瓶颈有待突破。在典型的光纤传输QKD系统中，百公里长距离传输条件下，其系统可用的安全码率量级相较于现有光传送网的Tbit/s量级的信息传输差距很大，难以实现对信号的一次一密加密。QKD系统通过协议改进和发展新型器件进行性能提升的难度较大，其核心器件的研究进展相对缓慢。

此外，系统的现实安全性存在一定风险。在实际的QKD系统中，光源、信道节点和接收机的不理想特性使其难以满足理论协议模型的安全性证明要求，成为可能被窃听者利用的安全漏洞，所以针对实际QKD系统进行攻防测试和安全性升级将是其运营维护面临的一个问题。

好的科技，最终都会走向市场。不过就量子通信而言，目前应用场景有限，前期投入偏高。现阶段，量子通信主要面向一些长期安全性要求很高的特定应用场景，时常规模有限且较为分散。传统通信业界对于量子通信的应用目前仍持观望态度，参与程度与热情较低。而且QKD系统饱含大量精密光学器件，对日常使用和运营维护也有一定要求。

并且，量子通信系统组网时通常需要使用额外的独立光纤链路资源，这也是其推广应用所面临的一项挑战。不过，相信随着科技的日益发展，这些问题都会被一一解决，而量子通信业最终会蓬勃发展。

文/重庆青年报记者向爽曹鹏据cnBeat、中国信息通信研究院技术与标准研究所等资料整理

太空岩石中或有4000亿至1.2万亿升水

科学家称火箭或能从中获得燃料

近日，NASA的OSIRIS-REx探测器抵达小行星“贝努”后不久，就在上面发现了含水矿物质，有科学家认为，分布在太阳系各处的水或许能为未来的火箭提供燃料。

科学家正在努力弄清太阳系中、尤其是近地小行星上究竟有多少水，天文学家已经发现了近2万颗这样的太空岩石，甚至对其中一些作了近距离观察。比如，日本的隼鸟2号和NASA的OSIRIS-REx任务就正在密切监视这样的天体。在这些天体上，虽然并非所有的都有水，但有些的确有水。

马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家安德鲁里夫金在一份声明中说：我们知道小行星上有含有水的矿物质，地球上的水也有可能主要来自小行星撞击。除了理解地球上生命起源背后的科学驱动力，绘制太阳系的水图也很重要，因为水可以分解成氢和氧，也可以用来制造火箭燃料。如果这种情况成为普遍现象，它将大大降低往返太空旅行的价格，因为离开地球的火箭将不再需要从一开始就准备大量的燃料，它可以在太空旅行进程中获取相应燃料。

了解太阳系中水的分布情况非常重要。这除了帮我们进一步了解地球上的生命起源之外，由水分解而成的氢气和氧气还可为火箭提供燃料。如果这成为普遍情况，火箭离开地球时便无需携带大量燃料，因此太空往返飞行的成本将显著降低。

该团队凭借地面望远镜对这些小行星进行观测，对太阳系中的水量作了估算。但这些观测结果有一点棘手之处：地球大气中的水分会影响对小行星储水量的测算。因此该团队采用了另一种略有不同的标记物。该标记物其实并不能代表水的存在，但只会与代表水的标记物同时出现，因此可以视作水的间接标记物。

将这些观察结果与其他陨石数据相结合，该团队对近地小行星中可能的储水量作了大致推算。估算结果显示，这些太空岩石中可能存有4000亿至1.2万亿升水。

在理想情况下，该团队应当以从太空中收集的数据为基础，再作一次类似计算。因为在太空中，地球大气不会对水的直接标记物产生干扰。但这要等詹姆斯·韦伯望远镜发射后才能进行。目前该望远镜暂定于2021年发射。

文/重庆青年报记者向爽曹鹏据cnBeat、凤凰网科技等资料整理