從中國科學院獲悉，中國首顆量子科學實驗衛(wèi)星已經(jīng)運抵酒泉，將于8月中下旬擇機發(fā)射。
據(jù)悉，量子衛(wèi)星成功運行后，中國將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。據(jù)中科院物理所人士介紹，量子科學實驗衛(wèi)星旨在構建一個天地一體化的量子保密通信與實驗網(wǎng)絡。
為什么要建設天地一體化的量子通信網(wǎng)絡？專家解釋說，因為它是信息安全問題的完美解決方案。傳統(tǒng)的通信方式無非是在傳輸介質(zhì)和加密數(shù)據(jù)上下工夫。但是，這類傳統(tǒng)的數(shù)字計算加密方法都是可以破譯的，只是時間長短而已。
技術革命，國家名片
我國量子通信領域的成就舉世矚目,南科大、北清華領先的研發(fā)團隊,在量子通信與量子計算領域已頗有建樹,而京滬干線、滬杭線、包括政務骨干網(wǎng)的建設陸續(xù)落地,材料的突破與量子衛(wèi)星的突破將成為又一標志性事件。
目前我們所說的量子通信是狹義上的量子密鑰通信,即通過量子糾纏手段實現(xiàn)密鑰的高保密傳遞,密文本身仍然通過經(jīng)典信道傳送。是迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。古人在信封上用火漆封口,信件一旦在運輸途中被拆開,便會留下“泄密”的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底:一旦有人試圖打開信件,量子密鑰會讓信件自動銷毀,并讓使用者獲知情況。因此,量子通信不可以被竊聽,不可以被復制,理論上“絕對安全”。
量子通信的特點自然使得它首先成為國家安全、軍事方面的寵兒,然后再由軍事應用向其他民用產(chǎn)業(yè)方向擴展。量子通信主要包括如下的四種模式:量子密鑰分配(QKD,quantumkeydistribution),量子隱形傳態(tài)(quantumteleportation),量子機密共享(quantumsecretsharing)和量子安全直接通信(quantumsecuredirectcommunication)。目前可以生產(chǎn)和商用的是量子密鑰分配模式的量子保密通信網(wǎng)絡。
目前我們所說的量子通信是狹義上的量子通信,即通過量子糾纏手段實現(xiàn)密鑰的高保密傳遞,密文本身仍然通過經(jīng)典信道傳送,主要載體是光纖。
要了解密鑰的量子傳送,首先要了解量子糾纏狀態(tài)。量子糾纏:一對處于量子糾纏態(tài)的粒子,其自旋狀態(tài)必然相反。一旦其中一個被觀測而確定狀態(tài),另一個的狀態(tài)也就隨之確定(稱為糾纏坍塌)。比如我發(fā)一組信息給你,有人在竊聽,截取了這個消息。他如果不想暴露,就必須復制一模一樣的數(shù)據(jù)給你,但根據(jù)量子態(tài)不可克隆原理,他發(fā)出來的信息大部分都是錯的。當你接受到數(shù)據(jù)之后,我和你會公布一小部分數(shù)據(jù),看看是否一致,如果錯誤率較高則證明有竊聽者。量子通信的數(shù)據(jù)載體是經(jīng)過偏振編碼的光,基本的通信協(xié)議是bb84編碼。
量子通信是迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。量子通信與傳統(tǒng)通信技術相比,具有如下主要特點和優(yōu)勢:(1)具有極高的安全性和保密性,不可克隆,沒有電磁輻射,無法被無線監(jiān)聽或探測;(2)量子通信的線路時延近乎為零,量子信道的信息效率相對于經(jīng)典信道量子的信息效率高幾十倍;(3)抗干擾性能強,傳輸能力強,量子通信與傳播媒介無關,傳輸不會被任何障礙阻隔,量子隱形傳態(tài)通信還能穿越大氣層,既可在太空中通信,又可在海底通信,還可在光纖等介質(zhì)中通信。
科大牽頭，世界領先
就我國科技發(fā)展水平而言,量子通信的發(fā)展在世界處于領先水平,尤其以潘建偉院士帶頭的科大系團隊,在國際上與之比肩或差距較小的團隊少之又少。今年一月份的國家技術進步大獎也說明國內(nèi)科技界對量子通信領域研究成果的重視。
而在我國,量子領域的建樹頻頻,清華大學教授姚期智牽頭進行的量子計算的研究也在2000年獲得圖靈獎,有計算機界諾貝爾之稱,而此次科大系潘建偉院士的成就也被譽為年度物理學界頂尖成果。
目前我國已將以量子通信系統(tǒng)為核心的量子調(diào)控技術列入了《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》中重大研究計劃。我國從2001年開始,在科技部“973”計劃、“863”計劃、國家自然科學基金重點項目、中科院知識創(chuàng)新工程重大項目的前瞻性支持下,量子通信科研方面取得了許多重要研究成果。
在不需要中繼的情況下,我國的量子通信技術可以在200多公里的距離上保證通信安全。在這一層面,我國是在世界上領先的。這項技術應用到實際層面上,安全距離可達100多公里,我國與美國、歐洲、日本等科技發(fā)達國家水平相當乃至超越。
產(chǎn)業(yè)應用，夢想照進現(xiàn)實
就產(chǎn)業(yè)應用而言,量子通信早已不是實驗室的概念,在科大所在地安徽省,早在2010年在蕪湖就建立了世界首個量子城域政務網(wǎng),并涵蓋了蕪湖電子政務、金融信息量子通信試驗網(wǎng),包括保密聲音、圖像、文件、動態(tài)視頻的絕對安全通信。之后合肥城域網(wǎng)、工行城域網(wǎng)、濟南城域網(wǎng)、杭州城域網(wǎng)等一系列的城域網(wǎng)及行業(yè)量子通信網(wǎng)建設從實踐領域拓展了量子通信的應用范圍。
在目前的量子通信網(wǎng)絡建設而言,所有核心器件都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化,實現(xiàn)了我國在該領域的彎道超車。
國際翹楚，風口浪尖
京滬干線大概率明年交付,突破了量子通信遠距離傳輸?shù)恼系K,在途設置傳輸中繼,盡量避免因信號衰減造成了失真問題,并采用量子通信技術進行通信保障,國家核心安全數(shù)據(jù)和金融數(shù)據(jù)的傳輸將首先得到保證。
G20峰會的主題之一將無可避免的落到反恐及國家安全方面,“絕對安全”的量子通信技術或被提及進而引發(fā)資本市場的關注?！笆濉睂⒘孔油ㄐ虐l(fā)展放到了非常重要的戰(zhàn)略位置,國際以及國內(nèi)的形勢以及政策,都把量子通信技術推到了風口浪尖。
今年用于科研測試的第一顆量子衛(wèi)星即將發(fā)射,其價值不亞于第一次發(fā)射“北斗”衛(wèi)星。“北斗”衛(wèi)星使得我國突破了導航以及無線通信的國外封鎖,量子衛(wèi)星的發(fā)射的意義不是“突破”國外技術封鎖,而是引領國際通信安全的潮流。
