解密量子通信衛(wèi)星：究竟要干啥？

　　作為中國(guó)最年輕的院士，潘建偉還有一個(gè)身份是全國(guó)政協(xié)委員，在兩會(huì)期間，他被記者問(wèn)到最多的東西，當(dāng)然就是量子通信和量子計(jì)算機(jī)。雖然量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在還沒(méi)有什么好談，但量子衛(wèi)星馬上就要上天了。

　　在接受采訪時(shí)，潘建偉透露，我國(guó)研制的世界首顆量子通信衛(wèi)星有望在今年7月發(fā)射，相應(yīng)地，量子保密通信“京滬干線”，也將在今年下半年全線開(kāi)通。

　　這意味著一個(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，至今歷經(jīng)30多年的量子信息研究，終于走向?qū)嵱?。這種衛(wèi)星和地面之間的量子通信，在全球范圍也將是首次實(shí)現(xiàn)。

　　潘建偉說(shuō)，在不久的將來(lái)，量子通信就能進(jìn)入千家萬(wàn)戶。希望通過(guò)十年左右的努力，將來(lái)每個(gè)人在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為，都能夠享受到量子通信的安全保障。

　　很多人看到這里，也就很明白了，就是說(shuō)中國(guó)科學(xué)家很厲害，總是能搞出大新聞。但是關(guān)于量子通信究竟是什么東西，有沒(méi)有這么牛，是不是存在什么問(wèn)題，就沒(méi)有多少人關(guān)心了。

　　不過(guò)我們還是要多說(shuō)幾句。夢(mèng)想總是要回歸現(xiàn)實(shí)，人不可能總是活在大新聞里面。

　　首先要明確的一點(diǎn)，就是量子通信其實(shí)不是通信。

　　雖然中國(guó)現(xiàn)在的量子通信手段、技術(shù)乃至產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)走在世界前列，但是不管是中國(guó)科學(xué)家還是國(guó)外同行所言的量子通信，并不是傳統(tǒng)意義上的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接通信，而主要是給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信加上量子密鑰。

　　說(shuō)白了，就是用量子密鑰替代目前的公鑰加密技術(shù)，上周公布的2015年度圖靈獎(jiǎng)，就是頒給了發(fā)明公鑰加密技術(shù)的兩位美國(guó)科學(xué)家。

　　公鑰加密技術(shù)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是拿兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)A和B進(jìn)行乘積，然后把這個(gè)乘積作為公鑰進(jìn)行加密，然后用質(zhì)數(shù)A或B進(jìn)行解密。雖然得到A和B的乘積很容易，但是要直接從這個(gè)乘積分解成兩個(gè)質(zhì)數(shù)，就非常非常難。

　　但是隨著計(jì)算能力的不斷提高，尤其是基于量子計(jì)算機(jī)的shor算法的出現(xiàn)，讓基于大數(shù)因子分解的公鑰加密技術(shù)，變得越來(lái)越脆弱。

　　這就是為什么，在通信技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天，各國(guó)間涉及政治外交、軍事安全的大部分機(jī)密信件和物品，仍然通過(guò)最傳統(tǒng)的方式——外交信使來(lái)傳遞。即便是再高級(jí)的保密通信，只要是通過(guò)當(dāng)前的電話線、無(wú)線電、光纖等手段，都會(huì)面臨被破譯和竊聽(tīng)的可能。

　　這時(shí)候，就需要量子密鑰發(fā)揮作用了。這種方法，是上世紀(jì)90年代美國(guó)IBM公司沃森實(shí)驗(yàn)室的查爾斯·本內(nèi)特等人提出來(lái)的，由A向B發(fā)射一系列不同偏振態(tài)的光子，B對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)測(cè)量，然后選取符合A要求的測(cè)量結(jié)果作為密碼。在驗(yàn)證密碼的過(guò)程中，如果存在竊聽(tīng)行為，可以從測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤率中發(fā)現(xiàn)。

　　實(shí)際上，量子密鑰就是在A和B之間共同生成一串只有他們兩邊知道的隨機(jī)數(shù)，然后用這個(gè)隨機(jī)數(shù)來(lái)加密。

　　本內(nèi)特等人在IBM成功研制出世界上第一臺(tái)量子密鑰分發(fā)的原型樣機(jī)，但是它的工作距離僅為32厘米。此后，各國(guó)的科學(xué)家，逐步將量子密碼在光纖中傳輸?shù)木嚯x推進(jìn)到幾十甚至上百公里，并嘗試在自由空間中進(jìn)行傳遞并取得成功。

　　理論上，量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴(yán)格證明是無(wú)條件安全的通信方式。