據中央廣播電視總檯中國之聲報道，中國電信日前正式對外宣佈，推出行業內首款量子安全通話產品“量子密話”，該產品由中國電信控股的中電信量子科技有限公司開發，具備高等級安全，以App形式實現，已成功在安徽試商用。

以前人們聽過很多關於量子的概念，但都是真假相摻，比如量子通訊是真的，量子波動速讀、量子襪子……這些都是假的。今天我們說的“量子密話”又是什麼呢？小新今天為大家帶來系列科普——#科普央企那些事兒#第七期，一同揭開量子安全通話的神秘面紗！

量子通訊是什麼？

量子通訊簡單說，就是透過量子本身的特性，生成金鑰——或者更形象的說，就是一個密碼本。雙方會同時獲得一個密碼本，這個密碼本別人沒有，而且一旦有人試圖去偷看這個密碼本，雙方還能發現有人偷看。而且這個密碼本，只使用一次，下次不用了，理論上是一種絕對安全的加密技術。所以，量子通訊不是一種通訊技術，而其實是拿到密碼本的技術，學術上叫“量子金鑰分發”。

“量子密話”是什麼？

“量子密話”是用量子資訊科技來保護通話的安全服務。作為國內首款將5G與量子資訊科技緊密結合的行動通訊產品，“量子密話”最主要的特點是充分利用量子隨機數及量子金鑰分發機制來生成認證金鑰及通話金鑰，其金鑰具有真隨機性。

中電信量子科技有限公司副總經理查子龍解釋說，真隨機性其實是相對普通一些加密方式而言的，簡單來說，就是這些金鑰只能用一次，使用者每次發起“量子密話”時，通話會隨機抽取晶片內的一個量子金鑰與後臺建立連線、校驗身份資訊，認證通過後，再另外實時生成一個新金鑰作為會話金鑰。“量子金鑰是從我們的量子金鑰分發網上實時取得這種量子金鑰，每一次是真隨機性的，而且我們每一次通話，比如我現在給你打電話業務，用的金鑰，只用這一次金鑰，下次就不再使用了，就廢棄了。”查子龍介紹道。

那麼，這一次金鑰使用後，是否一定不會被破解呢？答案是，這一次經過巨大的演算有可能被破解，但下一次又是新的金鑰，所以接下來的通話仍然無法被破解。這樣一來，就可以實現從主叫方手機到被叫方手機間的端到端的加密，通話的語音資訊即使被其他人獲取到也無法獲得真實內容，安全性大大提高。

目前中國電信提供的是量子安全SIM卡的方式，而不是定製手機。只需要換個SIM卡就可以，卡的價格在100元以內。成本低、具有NFC功能的手機都能使用，也不用換號。目前安卓手機基本都可以適用，蘋果手機暫不支援。

量子安全通話業務市場前景如何？

短期內，量子安全通話產品的使用群體主要為政務、軍隊、金融、大中企業等追求絕對安全的使用者，隨著人們對個人隱私和資訊保安保護認識的提升，未來公眾市場也將迎來廣闊的發展需求。在廣州召開的中國電信2020天翼智慧生態博覽會上，中國電信正式釋出“量子鑄盾行動”，明確未來5年將為1000萬+移動終端使用者提供量子安全通話服務。

量子通訊具有安全性高的特點，量子安全通話產品的問世無疑是推動量子通訊民用化過程中的關鍵一步。目前，國家“十四五”規劃中已經將量子科技、AI智慧、晶片技術等納入重點研發領域，相信在不久的將來，量子安全專線、量子都會網路等逐步進入民用化。

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30多年前，在科學家們對量子疊加、量子糾纏等量子力學基本問題的研究過程中，精細的量子調控技術逐漸發展起來，使得人類從對量子規律的被動觀測跨越到對量子狀態的主動精確操縱，由此我們現在所說的“量子科技”便誕生了。

量子科技是融合量子調控和資訊科技而產生的新興學科。在這一領域，我國已經取得了一系列重要科學問題和關鍵核心技術突破，並在部分方向實現國際領先。我國量子科技將如何深化發展，自主創新科技體系將如何構建，從基礎研究到實用化、工程化的轉化之路將如何實現引領性突破？科技日報記者對中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉進行了專訪，請他談談對量子科技發展的思考。和小新一起來看——

潘建偉：量子計算正從“玩具”變成“工具”

不會取代現有通訊方式，量子通訊將大幅提升資訊保安水平

問：在“墨子號”量子科學實驗衛星發射升空後，我國科學家已經利用它取得了一系列研究成果，併成功將量子通訊發展到了實用階段，這是否意味著，一種顛覆傳統的通訊方式即將誕生？

答：儘管量子通訊是一個新興領域，但它並不是要取代現有的通訊方式，恰恰相反，它將以一種新的途徑來大幅提高現有資訊系統的安全性。

現代資訊保安體系的核心要素是金鑰，只要確保金鑰安全，就可以保證加密資訊的安全。在傳統保密通訊中，至今還沒有能嚴格證明其安全性的方法。

但量子保密通訊卻可以在已有公開通道中，透過量子金鑰分發實時產生金鑰並安全便捷地分配到使用者，使得在量子金鑰的傳輸過程中，如果資訊被竊聽，竊聽者無法做到不留下痕跡。而且這一點是絕對的，是由量子力學基本原理所保證的。

問：目前，我國已透過“墨子號”和“京滬幹線”的實驗，構建了首個天地一體化的量子通訊網路雛形，我國量子通訊也已經處於國際領先水平。那麼，為持續保持引領地位，我國還需要在哪些方面著力？

答：量子通訊的發展目標是構建全球範圍的廣域量子通訊網路體系。首先透過光纖實現城域量子通訊網路，進而透過中繼器實現鄰近兩個城市之間的連線，最終透過衛星平臺中轉來實現遙遠區域之間的連線，這是廣域量子通訊網路的發展路線。

按照這一路線，量子通訊未來的發展，一方面需要擴大量子通訊網路的有效覆蓋範圍，包括實現量子通訊網路和經典通訊網路的無縫銜接、實現可支援千公里量級的量子中繼、發展下一代可全天時工作的量子衛星網路等；另一方面，需要在工程化整合與驗證的實踐中推動核心器件的自主研發、相關應用標準的制定和規模化的應用示範。

有3個里程碑發展階段，通用量子計算機誕生或還需20年

問：除量子通訊外，量子計算也得到了極高的關注，國內外均有企業聲稱已進入到量子計算領域，但同時也有觀點認為量子計算還很遙遠。對此您怎麼看？

答：量子計算研究是一個高度複雜的工作，對於學術界而言，還是要循序漸進，實現一個個階段性的目標。國際學術界公認的量子計算發展有幾個里程碑階段——

第一個里程碑是實現量子計算優越性，即量子計算機對特定問題的計算能力超越超級計算機，這需要相干操縱約50個量子位元。2019年穀歌實現的量子計算原型機“懸鈴木”就包含53個超導量子位元，在求解隨機線路取樣問題上超越了超級計算機，也就是成功實現了量子計算優越性。但是，求解隨機線路取樣目前看來還沒有現實意義，現在的量子計算原型機更像是一個“玩具”，只能在玩某一個遊戲方面擊敗經典計算機，它的重要意義在於，證明了量子計算機是可以超越經典計算機的。

第二個里程碑是實現專用量子模擬機，即相干操縱數百個量子位元，用於解決若干超級計算機無法勝任的實用問題，例如量子化學、新材料設計、最佳化演算法等。到這個時候，量子計算機才真正開始有用，變成一個“工具”。我們希望能夠在5—10年內實現這樣的量子模擬機，這是當前的主要研究任務。

第三個里程碑是實現可程式設計的通用量子計算機，即相干操縱至少數百萬個量子位元，同時將量子位元的操縱精度提高到超越容錯閾值（>99。9%），能在經典密碼破解、大資料搜尋、人工智慧等方面發揮巨大作用。到了這一階段，量子計算機可能就和我們現在觀念中的計算機差不多了，可以用來快速解決很多問題。不過，由於技術上的巨大挑戰，何時實現通用量子計算機尚不明確，學術界一般認為還需要20年甚至更長的時間。

調控技術迅速發展，精密測量已經進入量子時代

問：除上述兩大領域外，量子精密測量也是量子科技非常重要的細分領域，相比而言，公眾可能對它比較陌生。能否請您介紹一下，量子技術對精密測量的意義？

答：量子狀態對環境高度敏感，其實就是一個非常靈敏的感測器。同時，物理量的量子化也提供了一個非常精確的基準，比如光子是光能量的最小單元，在一定頻率下，一個光子的能量就是固定值，那麼如果我們能夠一個個地“數”光子的話，基本物理量中的發光強度就可以用光子數來定義，精度和穩定性都會大幅提升。這裡“數”光子其實就是指量子調控的能力。

正是鑑於量子調控與量子資訊科技的快速發展，2018年第26屆國際計量大會通過了量子化方法定義國際單位制的重大決議。事實上，時間、位置、加速度、電磁場等很多物理量，都可以利用量子技術實現超越經典技術極限的精密測量。

問：量子精密測量包括了哪些應用領域？

答：量子精密測量的主要應用包括高精度光頻標與時間頻率傳遞、量子陀螺儀、原子重力儀等量子導航技術，以及量子雷達、痕量原子示蹤、弱磁場探測等量子靈敏探測技術等。這些技術將在慣性導航、下一代時間基準、隱身目標識別、全球地形測繪、醫學檢驗等廣泛領域發揮重要作用。

我國量子精密測量領域的研究整體上相比發達國家還存在一定差距，但這個差距近年來正在迅速縮小，並且在部分方向上已經與公開報道的國際最高水平相當。

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