量子通信走向?qū)嵱?為信息安全提供“終極武器”

【中國(guó)儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】幾乎在一夜之間，世界知道中國(guó)發(fā)射了一顆特別厲害的衛(wèi)星——“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。國(guó)際學(xué)術(shù)界著名的《自然》網(wǎng)站相關(guān)報(bào)道說(shuō)，在這場(chǎng)“特殊的太空競(jìng)賽”中，中國(guó)“邁出了一大步”。
　　
　　8月16日凌晨1時(shí)40分，由我國(guó)科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)” 搭載長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭在酒泉成功發(fā)射，全球?qū)⑹状螌?shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。這顆衛(wèi)星的發(fā)射高度大約500公里，并由“墨子號(hào)”和兩個(gè)地面接收點(diǎn)形成到目前為止跨度最大、最安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　護(hù)航信息安全
　　
　　今年4月，歐盟宣布將量子技術(shù)作為新的旗艦科研項(xiàng)目，迎接“第二次量子革命”；7月，美國(guó)建議加大對(duì)量子信息科學(xué)的投入，稱這是“國(guó)家的挑戰(zhàn)與機(jī)遇”。
　　
　　“量子技術(shù)”是什么？法國(guó)《歐洲時(shí)報(bào)》稱，許多并不了解該技術(shù)的人們總是覺(jué)得這是一種以光速傳播信息的顛覆性黑科技，甚至有人認(rèn)為實(shí)現(xiàn)太空中的星際即時(shí)通信已經(jīng)變?yōu)榭赡芰?。而?shí)際上這與量子通信這門技術(shù)的真正本質(zhì)相去甚遠(yuǎn)。量子信息是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的新學(xué)科，主要包括量子通信和量子計(jì)算兩個(gè)領(lǐng)域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)距離量子通信技術(shù)等;量子計(jì)算主要研究量子計(jì)算機(jī)和適合于量子計(jì)算機(jī)的量子算法。中美兩國(guó)恰好是選擇了兩個(gè)不同的方向：中國(guó)對(duì)量子通信情有獨(dú)鐘，美國(guó)對(duì)量子計(jì)算心儀已久。
　　
　　量子技術(shù)目前最受關(guān)注的領(lǐng)域是信息加密。有信息指出，量子科學(xué)為信息安全提供了“終極武器”，此次在“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星上搭載了“四種武器”：量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源和量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)。
　　
　　量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)科技大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉院士接受媒體采訪時(shí)表示，量子衛(wèi)星將從太空向地面?zhèn)鬏敿用苊荑€，同時(shí)揭示量子糾纏的科學(xué)現(xiàn)象。量子通信的安全性基于量子物理的基本原理，即單光子的不可分割性和量子的不可復(fù)制性，從而保證了信息的不可竊聽(tīng)和不可破解，可以從根本上永久性解決信息安全問(wèn)題。
　　
　　當(dāng)前，量子計(jì)算給保密帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。中科院量子卓越創(chuàng)新中心教授陸朝陽(yáng)接受媒體采訪時(shí)表示，現(xiàn)在國(guó)防、金融等領(lǐng)域廣泛使用的通信密碼都是基于數(shù)學(xué)上的計(jì)算復(fù)雜度，等到大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)真正面世的時(shí)候，在超強(qiáng)的計(jì)算能力面前，這些密碼系統(tǒng)就都會(huì)失效。打個(gè)比方，量子計(jì)算便如可攻破一切傳統(tǒng)保密系統(tǒng)的“利矛”。
　　
　　“上帝關(guān)閉了一扇門，但又打開了一扇窗，”陸朝陽(yáng)說(shuō)，同樣源自量子理論的量子通信技術(shù)又為保密提供了新手段。它的基礎(chǔ)是物理規(guī)律，比如在用一個(gè)光量子傳遞信息時(shí)，由于單光子已是最小單元，竊聽(tīng)者無(wú)法通過(guò)截取“半個(gè)光子”來(lái)獲取信息；而竊聽(tīng)者試圖對(duì)這個(gè)光子的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，量子測(cè)不準(zhǔn)原理又導(dǎo)致這個(gè)光量子的狀態(tài)發(fā)生改變，這使竊聽(tīng)必然被察覺(jué)并被通信雙方規(guī)避?？陀^物理規(guī)律是沒(méi)有人能改變的，也就是說(shuō)，量子通信成為保密領(lǐng)域新的“堅(jiān)盾”。
　　
　　產(chǎn)業(yè)應(yīng)用廣泛
　　
　　量子通信技術(shù)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)通信方式有什么區(qū)別？傳統(tǒng)的通信方式，比如無(wú)線、寬帶等，好用、速度快，但在信息傳輸中存在安全問(wèn)題，而量子通信在傳輸途徑中可以完全確保信息安全。近年來(lái)，量子通信因其傳輸高效和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的支撐性研究。
　　
　　潘建偉認(rèn)為：“從原理上來(lái)說(shuō)，量子通信是無(wú)條件安全的通信方式。”由于量子具有不可分割、狀態(tài)不可克隆的特性，將其作為信息載體就可以實(shí)現(xiàn)抵御任何竊聽(tīng)的密鑰分發(fā)，進(jìn)而保證傳輸內(nèi)容的絕對(duì)安全。
　　
　　隨著我國(guó)研制的世界首顆量子通信衛(wèi)星的發(fā)射，加上量子保密通信“京滬干線”、“京杭干線”的建成開通，一個(gè)“天地一體化”的量子通信網(wǎng)絡(luò)將初步形成，也意味著自上世紀(jì)80年代起，歷經(jīng)30多年的量子信息研究，終于走向?qū)嵱谩?br />　　
　　在首顆量子通信衛(wèi)星發(fā)射后，我國(guó)還將陸續(xù)發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，力爭(zhēng)在2020年實(shí)現(xiàn)歐洲和亞洲之間的洲際量子保密通信，在2030年前后率先建成全球一體化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院副研究員張文卓撰文表示，之所以要發(fā)射量子衛(wèi)星，是因?yàn)榛谛l(wèi)星等航天器的空間量子通信，有著地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。例如，可以突破很多地方無(wú)法鋪設(shè)量子通信的專用光纖的障礙。
　　
　　從目前的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，量子通信的商用性主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)保密上，比如網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程災(zāi)備應(yīng)用、金融機(jī)構(gòu)信息數(shù)據(jù)的采集應(yīng)用、金融信息交易應(yīng)用以及銀行同城數(shù)據(jù)生產(chǎn)和災(zāi)備應(yīng)用等。由于成本較為高昂，量子通信的應(yīng)用范圍還比較有限，主要是以對(duì)數(shù)據(jù)保密安全性要求較高的用戶為主。
　　
　　業(yè)內(nèi)人士表示，下一步，行業(yè)應(yīng)用將會(huì)成為重點(diǎn)。從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的時(shí)間周期來(lái)看，目前量子通信的應(yīng)用還處于早期階段，主要受制于地面上的量子通信干線布局有限。而伴隨著今年下半年，“京滬干線”、“滬杭干線”等地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)將建成，將逐步豐富地面量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。
　　
　　雖然量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，“要實(shí)現(xiàn)全球化量子通信還需要長(zhǎng)期的努力，特別是需要多顆衛(wèi)星的組網(wǎng)”，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總師兼衛(wèi)星系統(tǒng)副總師彭承志接受媒體采訪時(shí)表示，中國(guó)以開放的姿態(tài)歡迎全球合作。
　　
　?。ㄔ瓨?biāo)題：護(hù)航信息安全 量子通信技術(shù)走向?qū)嵱茫?