还记得二战时，英国数学家阿兰·图灵破译德军密码系统的故事吗？经典通信无论如何进行加密都有可能被破解，但量子加密通信则属于物理层面的“无条件安全”，从理论上讲，破译密码这事已经不可能了。
广州将未来网络与量子科技产业定位为重点发展的未来产业之一。近年来，由广东国腾量子科技有限公司、中国联通广东分公司等共同建设的粤港澳大湾区首条量子通信示范干线初见成效，其核心成果已在量子政务系统等领域完成示范应用。量子通信应用广泛，将有望在低空经济、智能无人系统等新兴产业和未来产业中建立“数字安全底座”，为产业爆发提供坚实的通信安全保障。
本期《科技周刊》，我们将带大家了解刚刚获得图灵奖的量子通信，并畅想未来它将如何改变我们的生活。
量子通信量子计算 广州早早“入局”
日前，2025年度“图灵奖”正式公布并颁发。两位获奖者分别是美国物理学家查尔斯·亨利·本内特（CharlesHenryBennett）和加拿大计算机科学家吉勒斯·布拉萨德（GillesBrassard）。1984年，两人提出了第一个实用的量子密码学协议——BB84协议。此次获奖，主要为表彰他们在奠定量子信息科学基础以及推动安全通信和量子计算发展方面作出的开创性贡献。
量子通信即使面对拥有量子计算机的对手，也能保证通信安全。在广州，也有一家长年深耕量子通信的科技企业——黄埔区的国腾（广州）量子计算科技有限公司。该公司副总裁谢欢文将记者带到公司展厅，这里有很多公司自研的QKD（量子密钥分发）等设备，小的可以适配手机SIM卡、个人电脑，大的则可以装在大型服务器上。
QKD量子密钥分发设备
国腾量子创始人郭邦红表示，广州开展量子通信与量子计算领域的研究起步非常早。1986年，广东省从中国科学院引进刘颂豪院士，同年在华南师范大学成立量子电子学研究所。
谈及两位图灵奖获奖者，郭邦红说：“查尔斯·贝内特和吉勒斯·布拉萨德奠定了量子信息科学基础、推动安全通信和量子计算发展。自2004年起，我们便与应用他们开创性成果的全球首家量子通信企业IDQ成为深度合作的生态伙伴。华南师范大学量子科技领域的科研在全国一直很有影响力，近年来有多项量子领域的科研获得奖项，取得杰出成果。国腾的成果转化核心技术，处于国际领先水平。”
量子密钥：偷不走的“验证码”
“量子通信和经典通信都用光纤传递信号，传递速度也一样，这是我们做量子经典融合通信的基础。”谢欢文说，“平时，我们在PC端或手机端登录某些安全要求较高的网站时，常常需要输入一串手机短信密钥才能进入，你会发现，这条短信通常会附带‘切勿告诉他人’‘5分钟内有效’的提醒。在量子加密通信中，我们也会有专门的量子密钥，只是量子密钥的安全性要比我们手机短信接收的那串数字要高得多，理论上不可破解。”
传统加密“伪随机”VS量子密钥“真随机”
传统加密是“算”出来的，量子密钥是“生”出来的——谢欢文表示，量子通信是利用量子力学原理进行信息传递的新型通信方式。传统加密通信多是电脑算出的“伪随机数”，基于数学复杂度保障安全。量子的特殊属性是利用物理特性生成和分发的“真随机数”，不可预测也不可复制，能从物理层面保证无条件安全。
量子加密Ukey/TF卡
任何窃听都会扰乱量子信号，极容易被察觉——谢欢文进一步解释，在常规通信领域，无论密钥如何升级换代，背后都由一套复杂的数学算法支撑，一旦这套算法被黑客攻破，通信的安全性就荡然无存。但在量子通信领域，密钥不再是一串字符数字，量子密钥采用量子位（Qubit）进行运算，量子密码学利用物理学基本定律来保障安全性，若黑客试图截获或测量用于生成密钥的量子信号，必然会扰乱该信号，极易被察觉。
量子通信分发接收要“对暗号”——在量子通信领域，当应用程序使用量子密钥分发（QKD）生成密钥时，发送方会利用光子偏振或纠缠等特性，将随机比特序列编码为量子比特。随后，这些量子比特（即量子密钥）通过量子信道（通常是光纤电缆）传输给接收方，接收方则使用随机选定的基准来测量传入的量子比特。传输完成后，发送方与接收方通过经典信道比对各自测量基准的子集，任何差异都将暴露潜在的窃听行为。
国腾量子自主研发的量子密钥分发（QKD）设备入选了2023年广州市首台（套）重点装备目录，目前已在多领域、多场景展开应用。
应用场景：自动驾驶、无人机、机器人……
2025年，国腾量子启动建设河南量子信息研发创新应用技术平台一期项目，建成后还将参与项目的日常维护、运营。
在河南的项目中，团队一方面为政务数据处理、存储提供全方位安全保障；另一方面规划建设轨交车—地量子加密通信、5G+量子电力自动化、5G+量子水文监测、无人机量子加密通信、抗量子算法应用等多个实验平台。
谢欢文介绍，电力、轨交、低空飞行器、自动驾驶等通信网络一旦被入侵，后果往往不堪设想，量子通信则可以防止这些潜在威胁出现。在工业领域，一旦产线上的通信密钥被劫持，工厂内所有的机床、机器人都可能瞬间变成破铜烂铁。我们利用量子通信可以从原理上防止信息安全屏障被攻破。银行量子密钥更是最常见的落地场景，可以大大提升金融安全保障。
广佛肇干线开展示范应用
这条示范网构建起连接跨区域的量子保密通信骨干线路，重点服务于跨区域政务协同，实现三地政务部门、政务系统的安全互联互通，为广域政务协同、跨区域数据共享提供坚实的网络支撑。在这条网络中，国腾量子自主创新研发的高成码率量子密钥分发设备、高精度量子时频传输网等成套组网设备和运维管理软件得以获得落地验证。
有了示范干线的实践经验，未来，量子通信网络有望服务大湾区内低空经济、无人驾驶等智能无人系统产业，成为这些产业最坚实的信息安全底座。
2018年，团队联合中国联通广东分公司牵头建设的粤港澳大湾区广佛肇量子通信示范干线，已为包括政务领域在内的多个行业提供安全可靠的基础网络支撑。
这条示范网构建起连接跨区域的量子保密通信骨干线路，重点服务于跨区域政务协同，实现三地政务部门、政务系统的安全互联互通，为广域政务协同、跨区域数据共享提供坚实的网络支撑。在这条网络中，国腾量子自主创新研发的高成码率量子密钥分发设备、高精度量子时频传输网等成套组网设备和运维管理软件得以获得落地验证。
有了示范干线的实践经验，未来，量子通信网络有望服务大湾区内低空经济、无人驾驶等智能无人系统产业，成为这些产业最坚实的信息安全底座。
发展量子未来产业 广州有丰富应用场景
广州将未来网络和量子科技作为重点发展的未来产业之一，作为产业链的龙头企业代表，国腾量子创始人郭邦红认为，广州在产业领域拥有很好的科研基础和应用场景。
郭邦红期待，广东能进一步开放应用场景，让量子通信等技术尽快赋能千行百业。目前，量子技术商业化呈现“长期向好、逐步突破”的良性态势，量子科技市场化进程是一场由国家战略引领、多方力量协同驱动的系统性工程。
郭邦红建议，量子科技领域的发展要发挥政府投资基金“投早、投小、投硬科技”的作用，贴合产业发展规律，积极引导市场化的风险投资、产业基金等多元资本参与，持续撬动社会资本，向量子芯片、核心器件等“卡脖子”领域集聚，为技术突破、产品量产与场景落地筑牢资本支撑。此外，量子科技还应加快示范场景打造与成果转化。聚焦政务、金融、能源等重点领域，加快打造量子科技示范应用场景，通过示范场景的试点先行，总结可复制、可推广的应用经验，加速量子技术成果从实验室走向市场，推动技术迭代与商业化应用深度衔接。
量子科技的发展还应引导全社会各产业协同参与，打破行业壁垒，推动量子技术与政务、金融、能源、通信、工业等重点领域深度融合，拓展多元化应用场景。
“我认为，量子科技等未来产业兴起要发挥企业主体作用、推动创新资源向企业集聚。鼓励企业立足市场需求推陈出新，聚焦核心技术与产品研发，提升产品的创新融合能力，让企业在场景实践中攻坚关键技术、迭代产品方案，推动量子科技赋能千行百业、惠及千家万户。”郭邦红说。
科学家谈创新
广东省新一代通信与网络创新研究院院长朱伏生：
5G蜂窝+点对点 让机器人自己聊
“这些年，我们一直在研究通信的核心芯片。目前，我们研发的芯片已通过相关测试，采用国产自主可控的工艺，已实现了量产。”广东省新一代通信与网络创新研究院院长朱伏生告诉记者，他长期从事移动通信系统及核心芯片的研究工作，曾首创宽带多媒体集群通信体系，推动我国专网通信从“听得见”迈向“看得清”的时代跨越；他还攻克6G太赫兹通信世界性难题，研制的原型系统让中国在下一代通信标准争夺中赢得先机。
值得一提的是，他还突破“用4G工艺做5G芯片”的技术极限，带领团队成功研制出完全自主知识产权的5G/6G处理器芯片。这项凝聚着自主创新智慧的成果可广泛应用于物联网、工业互联网、车联网、智能可穿戴设备等领域，为国家关键信息基础设施筑起安全屏障。
谈及最新的研究进展，朱伏生说：“在5G通信的基础上实现点对点的通信功能，可以更好地满足无人机、人形机器人之间通信的需求。常规的点对点通信不具有蜂窝通信的功能，我们的最新通信芯片可以把点对点通信和5G蜂窝通信结合到一起，有网络时使用5G网络，没有网络时两台设备可以点对点通信，实现两台机器人、两台低空飞行器的直接通信。我们将进行流片生产，既能满足5G工业互联网的需求，也能满足低空经济的无人机以及具身智能机器人之间通信的保障和需求。”
统筹编辑：梁倩薇、嵇沈玲
文/广州日报新花城记者：武威
图/广州日报新花城记者：王维宣 通讯员 屈智凤
（部分图片由AI生成）
