“墨子號(hào)”暢想：通信界“天下無(wú)賊”

　　量子通信是目前最安全的一種技術(shù)，它是以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)的，通過(guò)技術(shù)手段也不可能竊取破譯

　　錢童心 邱智麗

　　最快再過(guò)10~15年，網(wǎng)上銀行、手機(jī)支付、信用卡等可能就不怕被盜號(hào)了。

　　我國(guó)于16日1時(shí)40分左右成功發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，它成功入軌后的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)必將推動(dòng)量子通信的發(fā)展�！傲孔油ㄐ攀悄壳白畎踩�的一種技術(shù)，它是以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)的，通過(guò)技術(shù)手段也不可能竊取破譯�！敝锌圃毫孔有畔⑴c量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心、中國(guó)科技大學(xué)上海研究院副研究員張文卓告訴《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者。

　　“墨子號(hào)”的一大任務(wù)就是要建立從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)，設(shè)置地面和衛(wèi)星之間的一個(gè)超遠(yuǎn)距離的量子通道高精度采集的協(xié)助、跟蹤和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，進(jìn)行量子衛(wèi)星和地面站點(diǎn)之間的密鑰分配，并進(jìn)行無(wú)條件安全的量子通信實(shí)驗(yàn)。

　　在量子保密通信中，由于量子具有不可分割、不可克隆和測(cè)不準(zhǔn)的特性，所以一旦存在竊聽(tīng)就必然會(huì)被發(fā)送者察覺(jué)并規(guī)避。目前金融、政務(wù)系統(tǒng)已開(kāi)始使用量子通信。

　　“量子衛(wèi)星將讓中國(guó)在防御黑客方面走在世界前列�！泵绹�(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》16日發(fā)表評(píng)論說(shuō)。

　　張文卓還向本報(bào)記者獨(dú)家透露：“未來(lái)我們計(jì)劃在中國(guó)空間站上部署量子通信技術(shù)。”

　　領(lǐng)跑量子通信

　　“‘墨子號(hào)’的發(fā)射是一個(gè)自信‘星’！”在酒泉觀摩完整個(gè)發(fā)射過(guò)程后，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室副主任、上海賦同科技有限公司總經(jīng)理尤立星博士有些感慨。

　　在尤立星看來(lái)，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)盡管在量子通信技術(shù)方面起步較晚，但是發(fā)展非常之快，工作節(jié)奏和團(tuán)隊(duì)執(zhí)行能力相較國(guó)外研發(fā)團(tuán)隊(duì)都要快很多，加之國(guó)家相關(guān)部門和中科院的大力支持，使得國(guó)內(nèi)的量子通信技術(shù)走在世界前沿，“量子衛(wèi)星是量子通信技術(shù)全球化必不可少的環(huán)節(jié)。”

　　張文卓也很激動(dòng)，“雖然與其他火箭發(fā)射沒(méi)啥區(qū)別，但是這里面凝聚了團(tuán)隊(duì)里一百多人的心血。為這一刻，他們等了十多年�！�

　　究竟什么是量子通信技術(shù)？在長(zhǎng)篇科幻小說(shuō)《三體》中，人類在外星人的幫助下才實(shí)現(xiàn)量子通信，讓太空飛船與地球?qū)崟r(shí)通信。但《三體》中的智子實(shí)屬作者的科幻想象，真實(shí)的量子通信并不是用來(lái)傳遞加密后的信息，而是應(yīng)用于量子密鑰分發(fā)。

　　“量子通信的核心并非改變通信或者加密方式本身，而是提供一個(gè)更加安全的密鑰傳輸方式�！庇攘⑿窍虮緢�(bào)記者解釋道。

　　事實(shí)上，“墨子號(hào)”將分發(fā)中國(guó)和歐洲中繼站之間的量子加密的密鑰，若一切順利，可使身處不同大洲的當(dāng)事人擁有前所未有的通信安全水平。此外，“墨子號(hào)”的成功發(fā)射也意味著中國(guó)已成為首個(gè)構(gòu)建天地一體化量子保密通信和科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系的國(guó)家，由中國(guó)布局的量子通訊網(wǎng)絡(luò)即將橫跨兩個(gè)大洲，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。

　　張文卓表示，量子通信衛(wèi)星是在不同的空間使用同一個(gè)系統(tǒng)的工作原理，利用高速相干激光將兩個(gè)不同大洲的基站進(jìn)行連接。如果此次發(fā)射的中國(guó)量子通信衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)成功，那么“墨子號(hào)”將是人類歷史上的首創(chuàng)，也是世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)跨大陸量子密鑰分配的網(wǎng)絡(luò)。

　　“僅僅發(fā)射一顆衛(wèi)星是不夠的，只有形成星座才能建構(gòu)起網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)肯定還要發(fā)很多顆衛(wèi)星�！睆埼淖空f(shuō)。

　　“墨子號(hào)”將進(jìn)行3個(gè)月左右的在軌測(cè)試，然后轉(zhuǎn)入在軌運(yùn)行階段。其間將開(kāi)展三大類實(shí)驗(yàn)。第一類是進(jìn)行衛(wèi)星和地面之間的量子密鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)天地之間的安全通信，如果4個(gè)地面站任何兩兩之間都可以實(shí)現(xiàn)安全的通訊，即可實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)；第二類相當(dāng)于把量子實(shí)驗(yàn)室搬到太空，在空間尺度檢驗(yàn)量子理論；第三類是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面千公里量級(jí)的量子態(tài)隱形傳輸。

　　“首批研究數(shù)據(jù)有望在今年年底前采集完畢�！睆埼淖空f(shuō)，“第一顆衛(wèi)星很重要，將會(huì)證明我們的研究方向是否可行，比如量子密鑰的生成只有達(dá)到一定的速度才有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值�！�

　　無(wú)條件保密

　　通常而言，信息的加密需要使用一連串?dāng)?shù)字組成的密鑰確保安全，但在傳輸過(guò)程中若被竊聽(tīng)就可能被破譯。而量子密鑰具有不可克隆的特質(zhì)，基于量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理，如果密鑰在傳輸過(guò)程中遭遇竊聽(tīng)，收發(fā)雙方就會(huì)知道，從而放棄使用不安全的密鑰。

　　目前在中國(guó)、歐洲和美國(guó)，基于光纖的量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，量子力學(xué)通信理論上就是用來(lái)替代現(xiàn)代的光纖通信，進(jìn)一步提高安全性。

　　“就量子信息產(chǎn)業(yè)研究而言，量子通信在地面已經(jīng)做過(guò)很多次實(shí)驗(yàn)，相對(duì)比較成熟，但在太空中實(shí)現(xiàn)量子通信很少，難點(diǎn)在于要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的跟蹤和瞄準(zhǔn)并克服大氣擾動(dòng)�！庇攘⑿潜硎�。

　　張文卓表示，量子通信中的信號(hào)傳播載體都是單個(gè)的光子，不能被放大，在大氣或光纖中傳播，光信號(hào)會(huì)衰減。傳輸?shù)?00多公里的時(shí)候，信號(hào)就基本衰竭，所以量子通信的距離受到很大限制，要想傳得更遠(yuǎn)，就需要不斷建立中繼站。而發(fā)射量子衛(wèi)星，光信號(hào)僅通過(guò)10公里左右的大氣層，信號(hào)衰減很少，可以將通信范圍擴(kuò)展到全球的距離。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子衛(wèi)星起到了一個(gè)“配鑰匙”的作用。量子衛(wèi)星將量子密鑰發(fā)送給兩個(gè)地面站，再通過(guò)對(duì)比，建立最終的絕對(duì)安全的量子密鑰。擁有相同量子密鑰的兩個(gè)地面站，可以把使用量子密鑰加密的信息，通過(guò)郵件、物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線電話等傳統(tǒng)的方式傳遞，而不用擔(dān)心信息會(huì)泄露。

　　量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士介紹稱：“量子通信的安全性所基于的是量子物理基本原理——單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性所保證的信息不可竊聽(tīng)和不可破解。從原理上確保身份認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等無(wú)條件安全，可以從根本上永久性解決信息安全問(wèn)題�！�

　　不過(guò)，張文卓表示：“目前量子通信安全技術(shù)還只能用于光通信，光纖等‘主干道’上的傳輸可以進(jìn)行保密，手機(jī)的量子密碼技術(shù)還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)，對(duì)于無(wú)線通信、WiFi技術(shù)尚不可用。”

　　他還透露：“‘京滬干線’大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)工程計(jì)劃于今年下半年交付�！�

　　“量子通信未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用涉及銀行間金融數(shù)據(jù)傳遞的安全性、軍方保密視頻會(huì)議等方方面面，只要現(xiàn)在通信用得到的地方就都能夠用量子技術(shù)進(jìn)行保密�！惫�安部第三研究所副研究員唐前進(jìn)向本報(bào)記者表示。

　　“量子互聯(lián)網(wǎng)”有多遠(yuǎn)

　　中國(guó)的量子空間衛(wèi)星將為全球量子通信系統(tǒng)提供一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，這也使得此次發(fā)射受到全世界的矚目�！爸袊�(guó)在基礎(chǔ)量子實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用領(lǐng)域都做得非常出色。在下一次量子革命中，中國(guó)無(wú)疑是一個(gè)主要參與者�！本S也納大學(xué)物理學(xué)教授塞林格（AntonZeilinger）表示。

　　“墨子號(hào)”的發(fā)射讓“量子互聯(lián)網(wǎng)”的未來(lái)充滿希望�！叭绻�此次量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星上的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌颢@得成功，那么它肯定會(huì)為最終的‘量子互聯(lián)網(wǎng)’打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)�！敝Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校物理學(xué)教授萊格特（AnthonyJ.Leggett）表示。

　　據(jù)潘建偉介紹，中國(guó)力爭(zhēng)到2030年左右率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建信息充分安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”。

　　“量子互聯(lián)網(wǎng)”是一種基于量子力學(xué)原理建立起來(lái)的新型互聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)絕對(duì)安全的網(wǎng)絡(luò)通信。在此基礎(chǔ)之上，量子手機(jī)、量子簽章、量子測(cè)量?jī)x的概念也開(kāi)始出現(xiàn)。

　　未來(lái)出現(xiàn)的場(chǎng)景可能是在手機(jī)中植入量子加密芯片，用來(lái)接收并存儲(chǔ)密鑰。人們只需要將手機(jī)和量子密鑰分發(fā)機(jī)連接，就能夠?qū)崿F(xiàn)保密通信�！斑@還有待網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的改造及通信標(biāo)準(zhǔn)的制定，預(yù)計(jì)未來(lái)10~15年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)。”張文卓表示。

　　不過(guò)，“量子互聯(lián)網(wǎng)”是否將成為未來(lái)全球通信的潮流，并進(jìn)入大眾生活，仍需考慮成本問(wèn)題。

　　在尤立星看來(lái)，“墨子號(hào)”的發(fā)射更多是全球化量子通信科學(xué)實(shí)驗(yàn)可行性的驗(yàn)證，離實(shí)用仍有一段距離，“量子通信已經(jīng)是量子信息技術(shù)中最接近實(shí)用化的了，但成本依舊高昂，目前量子手機(jī)等應(yīng)用大多是概念炒作�！�