○簡 旭

2016年8月，“墨子號(hào)”全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，并圓滿完成了三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)?！澳犹?hào)”開啟了全球化量子通訊、空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的大門，為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)。2017年9月4日，捷報(bào)再傳，國家量子通訊保密干線“京滬干線”通過總技術(shù)驗(yàn)收，這意味著，“京滬干線”目前具備開通條件，我國在量子技術(shù)的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化方面繼續(xù)走在世界前列。在不久的將來，我們每個(gè)人都可以通過獲取密鑰實(shí)現(xiàn)百分百安全的量子通訊、網(wǎng)絡(luò)購物等活動(dòng)。

“京滬干線”使用了世界當(dāng)前最前沿的量子加密技術(shù)。這一量子保密通信干線從北京出發(fā)，途經(jīng)濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海，全線覆蓋4省3市，于2016年全線貫通，全長2000多千米，是廣域光纖量子通訊網(wǎng)絡(luò)。

工作人員經(jīng)過42個(gè)月的艱苦努力，突破了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測(cè)、可信中繼傳輸和大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控等系列工程化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，克服了施工難度大、協(xié)同協(xié)調(diào)復(fù)雜等難關(guān)，最終順利完成了“京滬干線”全線貫通，并進(jìn)行了大尺度量子保密通信技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，開展了遠(yuǎn)程高清量子保密視頻會(huì)議系統(tǒng)和其他多媒體跨域互聯(lián)應(yīng)用研究，完成了金融、政務(wù)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)、金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用示范。在半年多時(shí)間里，一直進(jìn)行著各分系統(tǒng)的應(yīng)用測(cè)試和720小時(shí)長時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，全線路密鑰率大于20kbps，可滿足數(shù)以萬計(jì)用戶的密鑰分發(fā)業(yè)務(wù)需求。不久的將來，“京滬干線”將作為一條實(shí)用化和商用化的量子通訊骨干網(wǎng)絡(luò)，向金融、電力、廣電、政務(wù)等各行業(yè)開放。

同時(shí)，京滬干線北京接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星興隆地面站的連接，全線密鑰率大于5kbps，已形成星地一體的廣域量子通訊網(wǎng)絡(luò)雛形，大大擴(kuò)展了“京滬干線”應(yīng)用能力。

目前中國的量子通訊處于從技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用示范到商用化的過渡期。與其他國家相比，中國的量子通訊商用化有技術(shù)成熟度高，用戶多樣化、規(guī)?；奶攸c(diǎn)。目前量子通訊商業(yè)化主要集中在金融領(lǐng)域，因?yàn)榻鹑谛袠I(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的安全性要求是非常高的。2017年3月，網(wǎng)上銀行已經(jīng)通過阿里云使用到了云上量子通訊加密服務(wù)。

量子通訊的商業(yè)化，一方面代表著中國在革命性高新技術(shù)的研發(fā)和轉(zhuǎn)化上取得了突破性的進(jìn)展；另一方面也為中國構(gòu)建新型的信息安全體系、實(shí)現(xiàn)國家安全戰(zhàn)略提供了得力的工具和有力的支撐。

那量子通訊真得能確?！疤熘刂?、你知我知”嗎？我們要想知道答案，就要先來了解一下目前的通訊技術(shù)和量子通訊技術(shù)的區(qū)別，沒有比較就不容易得到真相。

在當(dāng)前應(yīng)用的通訊技術(shù)中，為了對(duì)通訊內(nèi)容保密，需要用密鑰對(duì)內(nèi)容進(jìn)行加密。譬如，發(fā)送方說：ABC，通過加密后在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)木褪荄EF，而接收方用密碼進(jìn)行解密，還原得到ABC。竊密的人拿到DEF這個(gè)信息是完全無用的。這種加密方法很依賴密鑰，使用密鑰存在兩個(gè)問題：第一，一旦密鑰被人拿到，解密就很簡單。第二，如果密鑰很簡單，用高速電腦很容易強(qiáng)行破解。當(dāng)前通訊所用的光纖網(wǎng)絡(luò)有幾億個(gè)光子、幾億個(gè)電子，人們總是可以把它分出一點(diǎn)點(diǎn)來竊聽它的狀態(tài)，因而無法保證雙方在發(fā)送密鑰內(nèi)容的過程不泄密。

用量子加密通訊就是在每次傳輸內(nèi)容時(shí)使用不一樣的密鑰，這就解決了第一個(gè)問題。量子加密通訊還解決了另外一個(gè)問題：竊聽問題。每次通訊前，通訊雙方都要用量子技術(shù)溝通一下這次通訊的密碼，這種通訊是不加密的，但不能被竊聽。在目前的通訊技術(shù)里，商量密鑰的這個(gè)過程也是不加密的，但光纖網(wǎng)絡(luò)有幾億個(gè)光子、幾億個(gè)電子，人們總是可以把它分出一點(diǎn)點(diǎn)來竊聽它的狀態(tài)，一旦被監(jiān)聽到，任何加密都失去作用。而量子通信中有一個(gè)特點(diǎn)，即量子無法被復(fù)制。量子是一個(gè)最小的單位，無法對(duì)其進(jìn)行分割。同時(shí)，根據(jù)量子糾纏理論，兩個(gè)糾纏的量子一旦分開，不管相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子發(fā)生變化，另外一個(gè)就會(huì)立即做同樣的變化。量子通訊中任何觀測(cè)、復(fù)制都會(huì)不可避免地影響到其物理狀態(tài)。正是這樣一些基本的量子物理原理，確保了量子通訊中的信息安全。

國際上普遍認(rèn)為，量子技術(shù)是下一次技術(shù)革命的驅(qū)動(dòng)力。中國在量子通訊技術(shù)與量子通訊產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域目前處于全面領(lǐng)先的地位。英國《自然》雜志撰文稱，“中國在量子通訊領(lǐng)域已發(fā)展為世界勁旅，領(lǐng)先北美、歐洲和日本?！?/p>