1996年2月。
春节刚过，材料所的院子里还残留着鞭炮的碎屑。林远站在实验室的窗前，手里拿着一个光纤接头，看着窗外的雪发呆。
量子态编码的问题，比他想象的要难得多。
所谓量子态编码，就是把信息加载到光子的量子态上。在量子通信里，最常用的编码方式是偏振编码——用光子的偏振方向代表0和1。水平偏振是0，垂直偏振是1，或者左旋圆偏振是0，右旋圆偏振是1。原理很简单，但实现起来，每一个细节都是坑。
第一个坑：怎么保证光子的偏振态在光纤传输中不发生变化？
“普通光纤不是保偏的。”周明站在光学平台旁边，手里拿着一根光纤跳线，“光子在光纤里传输的时候，由于光纤的应力、温度变化、弯曲，偏振态会随机变化。你发射的时候是水平偏振，到接收端可能就变成了椭圆偏振，根本没法解码。”
“那就用保偏光纤。”林远说。
“保偏光纤可以，但有两个问题。第一，保偏光纤比普通光纤贵十倍以上。第二，长距离的保偏光纤国内做不了，只能进口。而且——”周明顿了一下，“就算是保偏光纤，也只能在一定程度上抑制偏振变化，不能完全消除。温度变化大了，照样漂移。”
林远沉默了。他想起秦念说的那句话——每一个问题都是一座山。
“那别人是怎么做的？”他问。
“国外实验室的做法是：用保偏光纤，加上主动偏振控制。在接收端做一个反馈系统，实时监测偏振态的变化，然后用一个偏振控制器把它矫正回来。”
“主动偏振控制……这个东西，国内有人做吗？”
周明摇了摇头：“据我所知，没有。整套系统需要高速反馈电路、精密的偏振控制器、还有算法。任何一个环节都是硬骨头。”
林远在笔记本上写下了“主动偏振控制”几个字，然后在下面画了一条横线。
第二个坑：怎么产生和测量任意偏振态的光子？
量子通信的编码不是简单的固定偏振，而是要在不同的基矢之间随机选择。比如说，有时候用水平/垂直基矢，有时候用45度/135度基矢。发射端要能随机选择基矢，接收端也要能随机选择测量基矢。只有当收发双方的基矢一致时，才能得到正确的测量结果。
“这就是量子密钥分发的基本原理。”林远对王磊说，“如果窃听者不知道基矢的选择，他就无法正确测量光子的偏振态，而且他的测量行为会改变光子的状态，从而被我们发现。”
王磊挠了挠头：“道理我懂。但怎么实现呢？”
“用偏振调制器。通过电压控制，高速地改变光子的偏振态。发射端用一组调制器来实现随机基矢编码，接收端用另一组调制器来实现随机基矢测量。”
“高速？多高的速度？”
“至少兆赫兹级别。也就是说，每秒要能调制一百万个光子。”
王磊倒吸了一口冷气：“一百万次每秒？我们的单光子源每秒才产生几十个光子……”
“所以这是两个层面的问题。”林远说，“单光子源的重复频率要提上去，调制器的速度也要跟得上。这两件事要同时做。”
他在笔记本上又写下了“高速偏振调制”和“单光子源重复频率”。
第三个坑：怎么同步？
在量子通信系统里，发射端和接收端之间的距离可能是几十公里甚至几百公里。发射端发出一个光子，这个光子需要时间才能到达接收端。接收端必须知道这个光子什么时候到达，才能在那个精确的时间点进行测量。否则，就会错过信号，或者引入大量噪声。
“同步问题，在经典通信里很好解决。”张海洋说，“用GpS信号，或者用专门的同步信道。但在量子通信里，同步信道本身也可能成为窃听的目标。而且，单光子级别的同步精度要求非常高——纳秒级别。”
“纳秒？”王磊瞪大了眼睛，“光在光纤里一纳秒才走二十厘米。这么高的精度，怎么保证？”
“用符合测量。”林远说，“发射端和接收端各自记录下每个光子的发射时间和探测时间，然后通过经典信道把时间戳交换过来，找出时间上符合的事件。那些不符合的，就是噪声。”
“但这样一来，实时性就没了。”张海洋说，“你得等经典信道的数据传过来之后，才能知道哪些光子是有效的。这不就变成离线处理了吗？”
林远沉默了一会儿，然后说：“确实。真正的量子通信系统，要求实时同步。不能用事后符合。这就意味着，我们需要一个高精度的、抗干扰的、不依赖经典通信的同步方案。”
他在笔记本上写下了“实时同步”三个字，然后在后面打了一个大大的问号。
那天晚上，林远坐在实验室里，看着笔记本上密密麻麻的问题，感觉自己的脑袋要炸了。
偏振态变化、主动控制、高速调制、单光子源重复频率、实时同步——每一个问题都足够一个博士做三年。而他要在几个月之内全部解决。
他忽然有一种冲动，想把这些东西都推到一边，出去走走。但他没有动。他坐在那里，盯着笔记本，脑子里翻来覆去地想。
然后他想起了一件事。
评审会那天，秦念在他走出办公室的时候说的那句话——“脑子不清楚的时候，什么问题都解决不了。”
他闭上眼睛，深呼吸了几次。然后他重新睁开眼睛，拿起笔，在一张新的白纸上写下了一个标题：
“量子态编码——问题拆解”
他把所有的问题按照“器件层面”和“系统层面”分成两类。
器件层面：偏振调制器、保偏光纤、高速单光子源、同步电路。
系统层面：主动偏振控制算法、随机基矢生成与同步协议、系统集成与测试。
写完之后，他盯着这张纸看了很久。然后他发现了一件事——器件层面的问题，每一个都需要跟不同的专业方向合作。偏振调制器要找搞电光晶体的单位，保偏光纤要找搞特种光纤的单位，高速单光子源要跟半导体所和物理所一起继续攻关，同步电路要找搞高速数字电路的单位。
而系统层面的问题，只能他自己来解决。
因为他最清楚整个系统要怎么工作。
他拿起电话，拨了一个号码。响了好几声才有人接。
“喂？”对面是一个沙哑的声音，带着浓重的睡意。
“方老师，不好意思这么晚打扰您。我是林远。”
“……几点了？”
“快十二点了。方老师，我想请教您一个问题——电光偏振调制器，国内有没有人做？”
电话那头沉默了一会儿。然后方明华说：“你做完了Apd，又要做调制器？你是要把半导体所的活全包了？”
林远笑了一下：“不是包，是想找合作。”
方明华叹了口气：“电光调制器，长春光机所那边有人做。用的是铌酸锂晶体，速度能做到几百兆赫兹。但那是给经典通信用的，功率很高。你要用在单光子级别的，得重新设计驱动电路，把噪声降到最低。”
“能找到人吗？”
“我帮你问问。明天给你电话。”
“谢谢方老师。”
挂了电话之后，林远又拨了一个号码。这一次是打给物理所的周明。
“周老师，是我，林远。我想问一下，单光子源的重复频率，最高能做到多少？”
周明显然也在实验室里，背景里有仪器运转的声音：“现在的方案，用的是脉冲激光器做泵浦，重复频率在几十兆赫兹。但问题是，产生纠缠光子的效率太低，重复频率高了也没用，因为大部分脉冲都产生不了光子。”
“如果换一种方案呢？不用纠缠光子对，直接用衰减的激光脉冲？”
周明沉默了一会儿：“你是说……用弱相干光源？”
“对。把激光衰减到平均每个脉冲只有零点几个光子。这样虽然偶尔会有多光子脉冲，但概率很低。对于原理演示来说，这个方案简单得多。”
“这个方案确实简单。但安全性呢？多光子脉冲的存在，会给窃听者留下漏洞。”
“我知道。”林远说，“但我现在需要的是一个能在联调会上做演示的系统。安全性可以后续再优化。先把路走通。”
电话那头沉默了很久。然后周明说：“你这个思路……倒是务实。但我得提醒你，用弱相干光源做出来的系统，严格来说不是真正的量子通信。评审专家要是较真起来，你会很被动。”
林远咬了咬牙：“我知道。但如果我坚持用纠缠光源，六个月之内根本做不出来。到时候连演示都没有，更被动。”
周明又沉默了一会儿。然后他说：“行。我帮你设计弱相干光源的方案。但你得跟秦老师汇报清楚，让她来做这个决定。”
“我会的。”
挂了电话之后，林远坐在椅子上，长长地出了一口气。
他知道自己在赌。用弱相干光源替代纠缠光源，可以大大降低系统的复杂度，加快进度。但代价是——这个方案在理论上存在安全性漏洞，严格来说不是“无条件安全”的量子通信。
如果评审专家较真，他没办法解释。
但他没有别的选择。
第二天一早，他去找秦念。
他把所有的问题、拆解的思路、弱相干光源的方案，一五一十地讲了一遍。讲完之后，他等着秦念的反应。
秦念沉默了很久。窗外的阳光照在她的办公桌上，照在那盆文竹上，影子拉得很长。
“你有多大的把握，能在联调会上成功演示？”她问。
“如果用弱相干光源，七成。如果用纠缠光源，三成。”
“那安全性漏洞呢？”
“可以在演示的时候不做说明。这不是欺骗，而是——我们演示的是一个‘原理验证系统’，不是‘实用安全系统’。评审专家如果问起来，我会如实说明。但如果他们不问，我不主动提。”
秦念看着他，目光很锐利。
“你这是在赌。”她说。
“我知道。”
秦念又沉默了一会儿。然后她说：“做科研，有时候确实需要赌。但赌不是盲目的，你得有退路。如果专家问起来，你怎么回答？”
林远想了想：“我会说——弱相干光源方案是目前国际上量子通信原理演示的通用方案。安全性漏洞是已知的，后续会通过诱骗态方法进行修正。我们目前的重点是先把系统做出来，后续再优化安全性。”
秦念的嘴角微微动了一下。
“诱骗态方法？”她问，“那是什么？”
“是我最近在文献里看到的一种新方案。通过随机改变激光脉冲的强度，可以检测出多光子脉冲带来的安全漏洞。这个方案是1994年有人提出来的，还没有实验验证。如果我们能在后续的工作中做出来，就可以弥补弱相干光源的安全性问题。”
秦念看着他，目光里的锐利慢慢褪去，取而代之的是一种林远很少见到的东西——某种类似于信任的东西。
“好。”她说，“就按你的方案做。但有一点——联调会上，如果专家问起来，你要如实回答。不要隐瞒，也不要辩解。就说这是目前的技术选择，后续会改进。”
林远点了点头。
“还有一件事。”秦念说，“你刚才提到的诱骗态方法——回去写一份调研报告给我。我要看看这个方案值不值得做。”
“好的。”
林远站起来，准备离开。走到门口的时候，他回过头，看到秦念正站在窗前，背对着他。窗外的阳光把她的影子投在地上，很长，很直。
他忽然觉得，秦念的沉默和她的语言一样，都是有分量的。