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編輯：汪汪

在2015云棲大會上，阿里云與中科院聯(lián)合發(fā)布了量子加密通信產(chǎn)品。那么，究竟什么是量子計算和量子通信？量子加密能否保住你的密碼？

阿里發(fā)布了量子通信產(chǎn)品

據(jù)多家媒體報道，在今天上午舉行的2015云棲大會上，阿里云與中科院聯(lián)合發(fā)布了量子加密通信產(chǎn)品。目前，雙方已在阿里云網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建立了多個量子安全傳輸域(Quantum Portal)，通過量子傳送門實現(xiàn)同城數(shù)據(jù)中心互聯(lián)組網(wǎng)，能夠為客戶提供無條件安全數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

此前7月，阿里云在上海宣布聯(lián)合中科院成立一個全新的量子計算實驗室，共同開展在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的前瞻性研究，研制量子計算機，這也是全球科技公司在量子研究領(lǐng)域爭相爭奪的另一焦點。

據(jù)透露，目前阿里云量子通信產(chǎn)品已用阿里業(yè)務(wù)完成小規(guī)模測試，可實現(xiàn)到達、保密、組網(wǎng)、密鑰分發(fā)的功能。今年將正式把合適的阿里業(yè)務(wù)切到量子安全域，進行規(guī)?；炞C，同步進行開服的準(zhǔn)備工作。

阿里巴巴集團首席技術(shù)官王堅博士表示，量子加密通信遠遠不只是一種全新的加密手段，將是新一代網(wǎng)絡(luò)信息安全解決方案的關(guān)鍵技術(shù)，讓互聯(lián)網(wǎng)在未來50年都能更加安全。

什么是量子計算？

量子計算是指一種使用量子邏輯進行通用計算的設(shè)備。不同于傳統(tǒng)計算機，量子計算用來存儲數(shù)據(jù)的對象是量子比特（qubit）。量子比特和傳統(tǒng)比特之間最大的不同就在于，傳統(tǒng)比特同一時刻只能處于某個特定的狀態(tài)，而量子比特可以同時處于不同狀態(tài)的疊加態(tài)，也就是「量子疊加態(tài)」，這使得它能以少量的數(shù)據(jù)包含巨量的信息。

那么，量子計算機的原理是什么呢？為什么不能完全取代傳統(tǒng)計算呢？下面這個視頻將為你講得一清二楚。

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除了阿里和中科院，還有很多大公司都有涉足該領(lǐng)域。IBM、微軟、谷歌都對量子計算展開了研究。谷歌還與NASA聯(lián)合成立了量子人工智能實驗室（QuAIL）。2014年，谷歌正式雇傭美國加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校的約翰·馬丁尼斯（John Martinis）成立超導(dǎo)量子計算實驗室來開發(fā)量子計算機芯片，開創(chuàng)了私人公司全資資助量子計算實驗室的先河。[2]谷歌同時表示，除了自主研發(fā)，他們?nèi)詴c繼續(xù)與D-Wave公司（坐落于加拿大本拿比）保持合作關(guān)系。該公司于2013年5月曾向谷歌公司出售了一臺計算機，并宣稱其是世界第二臺商業(yè)量子計算機。

量子通信保護你的密碼

量子計算機會帶來什么問題呢？簡單來說，它會讓你的密碼暴露無遺?，F(xiàn)在，我們在網(wǎng)上輸入密碼時，使用的加密算法是一種依靠計算復(fù)雜度的RSA加密技術(shù)。舉個很簡單的例子，兩個300位數(shù)的質(zhì)數(shù)相乘非常容易，但是，要將一個600位數(shù)的數(shù)字進行因數(shù)分解，以找出它是哪兩個質(zhì)數(shù)的乘積，就太困難了。如果用傳統(tǒng)的計算機，需要花費的時間可能比整個宇宙的年齡還長。但是，如果有了量子計算機，它們就能完成一些人們認(rèn)為在普通計算機上無法完成的計算任務(wù)，其中包括一些在我們生活中非常重要的計算。例如，如果一臺計算機能夠在合理的時間內(nèi)，將一個大數(shù)做因子分解，那么廣泛使用的加密方法就會被破解。幾乎所有用于高度機密數(shù)據(jù)的加密方法都會在某種量子算法面前變得不堪一擊。

1995年，貝爾實驗室的彼得·舒爾（Peter Shor）就提出了一種量子算法，可以用遍歷的方法來獲得因子，這對并行計算的量子計算機來說是很簡單的事情。

所以，如果量子計算機研發(fā)成功，傳統(tǒng)的加密技術(shù)立即功虧一簣。

此時，量子通信就有了用武之地，它將保護由量子計算機帶來的潛在安全隱患。

量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等，近來這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?，并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注?；诹孔恿W(xué)的基本原理，并因此成為國際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點。

量子通信的現(xiàn)狀與未來

如今，小范圍的量子密碼分配已經(jīng)走出實驗室得到應(yīng)用，量子隱形傳態(tài)技術(shù)也早已在實驗室實現(xiàn)。

量子通信最先進入應(yīng)用領(lǐng)域的是量子密碼分配方案，可以由人類已應(yīng)用多年的激光器，光纖，以及偏振分光棱鏡等光學(xué)器件實現(xiàn)。目前國際上投入應(yīng)用的量子密碼分配網(wǎng)絡(luò)有位于美國波士頓的DAPRA 量子網(wǎng)絡(luò)（DAPRA QuantumNetwork），由哈佛大學(xué)和波士頓大學(xué)聯(lián)合幾家公司在2004 年建成；同年，瑞士的ID Quantique 公司已經(jīng)開始將量子密碼分配網(wǎng)絡(luò)投入商業(yè)化；第一個量子密碼分配的計算機網(wǎng)絡(luò)位于奧地利維也納的SECOQC，由量子信息技術(shù)世界頂尖的奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所（IQOQI）和維也納大學(xué)在2008 年建成。中國這方面的產(chǎn)業(yè)化也已經(jīng)走入世界前列。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的團隊在合肥于2012 年建立了中國第一個量子密碼分配的安全網(wǎng)絡(luò)。

量子密碼分配畢竟還是用量子通信技術(shù)傳輸經(jīng)典信息。而利用量子糾纏態(tài)的量子通信才是真正在傳輸量子比特。出席了今天云棲大會的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士，就帶領(lǐng)團隊在世界上首次實現(xiàn)了：量子隱形傳態(tài)，量子糾纏態(tài)交換，自由空間的量子隱形傳態(tài)，三光子、四光子、五光子和六光子糾纏，使中國在量子通信研究的競爭中超越奧地利，成為如今全世界的領(lǐng)跑者。

量子隱形傳態(tài)在2012年已經(jīng)實現(xiàn)了143 km的記錄，下一步將是建立地面和衛(wèi)星之間的傳輸。毫無疑問量子隱形傳態(tài)將成為下一個投入應(yīng)用的量子通信技術(shù)，而且直接傳輸量子比特的優(yōu)勢，會使它和量子計算機能一起構(gòu)建起量子互聯(lián)網(wǎng)，即量子信息時代的互聯(lián)網(wǎng)。[1]

量子計算機的最大障礙：退相干

目前，量子通信技術(shù)已日漸成熟，但量子計算的突破才剛開始，還需要經(jīng)過許多年的研究才能大規(guī)模應(yīng)用。量子計算機目前存在的最大問題就是，如何克服退相干。退相干是指量子疊加態(tài)坍縮成一個確定無疑的狀態(tài)的現(xiàn)象。前文的視頻中我們也看到，一旦你對粒子進行觀測，就意味著會有其他粒子與之發(fā)生交互，那就會摧毀疊加態(tài)，使得它所存儲的信息丟失掉。這個概念最早由德國物理學(xué)家迪特爾·策（Dieter Zeh）在20世紀(jì)70年代提出。正因為此，所以我們無法觀察到宏觀物體（比如薛定諤的貓）的疊加態(tài)，因為它們在很短的時間內(nèi)就已經(jīng)退相干了。

量子計算與人工智能

十幾年前，英國數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）曾提出，我們的大腦也許就是一臺量子計算機。也有許多人提出「量子意識」和「量子認(rèn)知」的概念，用量子力學(xué)的某些原理來解釋人的大腦和行為。但是，MIT宇宙學(xué)家Max Tegmark對神經(jīng)元進行計算后卻發(fā)現(xiàn)，假如一個神經(jīng)元的發(fā)射需要100萬個鈉原子穿越細胞膜，那這100萬個鈉原子可能同時處于神經(jīng)元內(nèi)外的疊加態(tài)，那么，由于大腦中存在太多粒子（水分子等），那么大約在10^(-20)秒后，就會因粒子的相互作用而發(fā)生退相干。如果不用神經(jīng)元，而采用微管進行計算，則退相干的時間約為10^(-13)秒。在如此短的時間內(nèi)，大腦根本意識不到退相干之前的信息，因此他認(rèn)為，人腦不可能是量子計算機，不足以進行量子計算。