????大數(shù)據(jù)時代如何破解光纖線路資源有限與信息量無限增長的矛盾？一項最新研究成果提供了可能的解決方案：我國科學(xué)家首次在信道容量上實現(xiàn)了對經(jīng)典通信的超越，在20公里的光纖線路中實現(xiàn)了量子指紋識別。
????該成果由中國科技大學(xué)潘建偉及其同事張強、李力等與中科院上海微系統(tǒng)所、美國麻省理工學(xué)院的科研人員合作完成，相關(guān)論文發(fā)表在近日出版的國際物理學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。
????隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是大數(shù)據(jù)時代的到來，光通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量正在以指數(shù)級的速度增長。在光纖線路資源有限的情況下，如何傳遞最少的信息、提高光纖信道容量，是目前光通信學(xué)術(shù)界和工業(yè)界面臨的核心問題。一方面，隨著半導(dǎo)體晶體管的尺寸接近納米級，電子的運動不再遵守經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律，半導(dǎo)體晶體管將不再可靠。與此同時，芯片后門、光纜竊聽等事件，使得信息面臨著越來越嚴(yán)重的安全風(fēng)險。
????不少科學(xué)家認(rèn)為，量子通信有望破解上述難題。量子通信是指利用光子的量子狀態(tài)加載并傳輸信息。從原理上來說，量子通信是無條件安全的通信方式。由于作為信息載體的單光子不可分割、量子狀態(tài)不可克隆，可以實現(xiàn)抵御任何竊聽的密鑰分發(fā)，進(jìn)而能保證用其加密的內(nèi)容不可破譯。
????據(jù)介紹，量子通信復(fù)雜度研究利用量子力學(xué)的疊加原理，可以用量子信道提供更高的信道容量，其中一個重要的應(yīng)用就是量子指紋識別。指紋識別主要應(yīng)用于遙遠(yuǎn)雙方的信息比對，假設(shè)需要比對的信息量為100個單位，經(jīng)典的指紋識別方法需要傳送的最小信息量為10個單位，而通過量子指紋識別方法，利用量子力學(xué)的疊加原理，在理論上僅需傳送2個單位的信息量就可以。
????量子指紋識別理論早在2001年就被研究人員提出，但受限于各種技術(shù)條件，國際上以往的實驗都未能突破經(jīng)典方法的極限。這次研究最終實現(xiàn)了傳輸信息量相比經(jīng)典極限降低84%的量子指紋識別。該實驗不但是世界上首次突破經(jīng)典極限的量子指紋識別，也是首次在實驗中觀測到量子信道容量相比經(jīng)典信道的優(yōu)越性。
????該研究成果得到國際學(xué)術(shù)界高度認(rèn)可?！段锢碓u論快報》審稿人稱贊這一實驗“提供了量子秘鑰分發(fā)之外的量子信息的重要應(yīng)用”；國際同行也認(rèn)為，“這項研究將開啟其他很多（量子通信）方面的應(yīng)用”。
????據(jù)悉，京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)將于2016年下半年建成。這條量子干線連接北京與上海，貫穿山東濟(jì)南、安徽合肥等地，是千公里級高可信、可擴(kuò)展的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，屬世界首例。該網(wǎng)絡(luò)建成后將廣泛用于金融、政務(wù)等領(lǐng)域信息的安全傳輸。
????展望量子通信的前景，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，未來能夠形成天地一體的全球化量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建基于量子通信安全保障的未來互聯(lián)網(wǎng)，即“量子互聯(lián)網(wǎng)”。
