大數據時代如何破解光纖線路資源有限與資訊量無限增長的矛盾？一項最新研究成果提供了可能的解決方案：我國科學家首次在信道容量上實現了對經典通信的超越，在20公里的光纖線路中實現了量子指紋識別。
該成果由中國科技大學潘建偉及其同事張強、李力等與中科院上海微系統所、美國麻省理工學院的科研人員合作完成，相關論文發表在近日出版的國際物理學權威學術期刊《物理評論快報》上。
隨著網際網路技術的快速發展，特別是大數據時代的到來，光通信網路的業務量正在以指數級的速度增長。在光纖線路資源有限的情況下，如何傳遞最少的資訊、提高光纖信道容量，是目前光通信學術界和工業界面臨的核心問題。一方面，隨著半導體電晶體的尺寸接近奈米級，電子的運動不再遵守經典物理學規律，半導體電晶體將不再可靠。與此同時，晶片後門、光纜竊聽等事件，使得資訊面臨著越來越嚴重的安全風險。
不少科學家認為，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載入並傳輸資訊。從原理上來説，量子通信是無條件安全的通信方式。由於作為資訊載體的單光子不可分割、量子狀態不可克隆，可以實現抵禦任何竊聽的密鑰分發，進而能保證用其加密的內容不可破譯。
據介紹，量子通信複雜度研究利用量子力學的疊加原理，可以用量子信道提供更高的信道容量，其中一個重要的應用就是量子指紋識別。指紋識別主要應用於遙遠雙方的資訊比對，假設需要比對的資訊量為100個單位，經典的指紋識別方法需要傳送的最小資訊量為10個單位，而通過量子指紋識別方法，利用量子力學的疊加原理，在理論上僅需傳送2個單位的資訊量就可以。
量子指紋識別理論早在2001年就被研究人員提出，但受限于各種技術條件，國際上以往的實驗都未能突破經典方法的極限。這次研究最終實現了傳輸資訊量相比經典極限降低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典信道的優越性。
該研究成果得到國際學術界高度認可。《物理評論快報》審稿人稱讚這一實驗“提供了量子秘鑰分發之外的量子資訊的重要應用”；國際同行也認為，“這項研究將開啟其他很多（量子通信）方面的應用”。
據悉，京滬幹線大尺度光纖量子通信骨幹網將於2016年下半年建成。這條量子幹線連接北京與上海，貫穿山東濟南、安徽合肥等地，是千公里級高可信、可擴展的廣域光纖量子通信網路，屬世界首例。該網路建成後將廣泛用於金融、政務等領域資訊的安全傳輸。
展望量子通信的前景，業內專家認為，未來能夠形成天地一體的全球化量子通信基礎設施，構建基於量子通信安全保障的未來網際網路，即“量子網際網路”。（趙永新、謝婷婷）
