无法被破译的量子通信：再也不用担心银行卡被盗号

出品| 网易新闻学院

作者| 铁流

最近两年，中国在量子通信领域不断传出好消息。

2015年，中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室的潘建伟院士、陆朝阳教授等，完成了关于“多自由度量子隐形传态”的研究，这项成果名列当年国际物理学领域十项重大突破榜首。

2016年2月，工商银行用量子通信技术，成功实现了北京分行电子档案的同城加密传输。同年8月，我国首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射并实现地卫通信。

2017年3月，量子通信“京沪干线”开始最后阶段的贯通测试。

量子通信到底有何神奇之处，中国量子通信的发展又经历了怎样的过程？

中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号，《Science》杂志封面

无法被破译的量子通信

传统的通信加密一般是在传输介质和加密数据上做文章，而这种加密方法只是增加了破译的难度，无论是采用先进算法破译，还是采用超级计算机暴力破译，破解传统通信加密数据只是时间长短的问题。

量子通信则是利用量子比特来传输信息，这个技术的前提是建立量子纠缠，根据量子力学理论，2个处于量子纠缠态的粒子无论相距多远，都能瞬间感知和影响对方的状态，因此利用纠缠态粒子的特性可以传递信息。

量子纠缠概念图

已经可以商用的量子密钥分配技术采用“一次一密”的对称加密方式。即把每一个随机数比特的信息编码在单个光子的量子状态上，然后用光纤把光子发射出去，接收方接到单光子并探测其量子态后，把与发射端特定的协议协商生成对称的随机数作为密钥，从而对要传输的数据进行加解密传输。

正是因为量子通信的基本原理源于量子力学，所以无论破译者掌握了多先进的窃听技术、多强大的破译能力，只要量子力学的规律成立，量子通信就无法被破解。

量子卫星工作示意图

“量子可信中继”让远距离量子通信成为可能

量子密钥分配是通过单个光子的量子态传递的，而光子在光纤中会被吸收和散射，导致传输距离受到限制。并且经典通信釆用的信号放大和中继技术并不适合量子密钥，因此目前量子密钥分配最远传输距离是260—300公里，所以要实现量子通信京沪干线二千公里的远距离量子密钥分配，就需要量子中继站的辅助。

量子通信中继站分为量子中继和可信中继。量子中继技术难度非常大，目前还做不到实用化。可信中继类似于量子密钥接力赛，密钥可以在可信任中继站之间进行接力递送。

量子通信传输概念图

现在的可信任中继站可以不需要人员参与，而且设有自毁功能，一旦发现问题，可以立即停止光量子的传送，并删除所有“落地”到中继站的密钥。

根据相关单位披露，全长为两千公里的量子通信干线共使用32个可信中继站，除了上面提到的安全设计外，还把原本对每个中继站的安全要求集中到几个核心站点上，这样一来，就使需要防御的区域从原来的整个通信网络，变成少量的几个重点站点，从“处处设防”变成“重点布防”，因此大幅提升了通信的安全性。

量子通信京沪干线背后，是逐渐延伸的中国量子通信产业版图

2008年，国内科研团队在合肥实现了国际首个全通型量子通信网络，并利用该成果为60周年国庆阅兵关键节点间构建了“量子通信热线”，为重要信息的安全传送提供了保障。到2009年，中国量子通信距离突破200公里。

城域量子网关

2012年，合肥市建成了世界首个覆盖整个城区的规模化（46个节点）量子通信试验示范网络。2013年济南也建成了有近百个用户单位的城区量子通信网络。这些技术成果标志着大容量城域量子通信网络技术已经成熟。

2015年10月，阿里巴巴与科大国盾量子联合发布了阿里云量子加密通信产品，这是全球范围内首次将量子加密通信技术与云服务结合，使量子加密技术成为了一种共享资源。

2016年底，国科控股联合中科大成立了国科量子通信网络公司，致力于量子通信网络建设和运维；从基础研究，到核心设备制造，到应用产品研制，到网络建设和运维，量子通信的中国产业链正在形成。

即将启用的量子通信“京沪干线”连接北京、济南、合肥、上海等城域网络，全长2000多公里，它将成为全球首个也是距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路。作为对比，国外最长的量子通信网络全长为307公里，英国的500公里的量子通信网络只停留在图纸上。

未来手机可接入量子通信网络？

目前，量子通信主要用于保护金融信息、政务信息等方面——比如交通银行把量子保密通信技术应用于金融企业网银用户的实时交易；比如网商银行采用量子技术在专有云上完成量子加密通信试点。

随着技术的进步和量子通信网络相关基础设施的建设和完善，量子通信终端设备也会应用于寻常百姓家。

例如未来的手机可以通过连接量子通信终端，获取量子密钥，并用之完成数据加密、认证，进而接入量子通信网络。但由于在微波频段上调制和探测量子信号会导致极高的信息损耗，因此基于无线基站量子通信方案可行性是不大，但借助可信量子中继站，以及卫星光量子通信中继等，可以在未来实现民用的量子通信解决方案。

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编辑| 李祖希