517世界電信日這天，我們來(lái)聊聊顛覆性技術(shù)量子通信為何能實(shí)現(xiàn)“絕對(duì)保密”

今天，是第55個(gè)世界電信日。

1969年，國(guó)際電信聯(lián)盟第二十四屆行政理事會(huì)通過(guò)決議，將5月17日定為“世界電信日”。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在給人們帶來(lái)了極大便利的同時(shí)，也存在很多信息安全隱患。越來(lái)越多的企業(yè)與個(gè)人開始關(guān)注與自身相關(guān)的信息是否安全，以及正常的通信活動(dòng)是否會(huì)出現(xiàn)信息丟失和被竊取的情況。量子通信主要就是解決通信安全性問(wèn)題。

媒體報(bào)道，今年3月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、徐飛虎教授等人，開發(fā)出高速高保真度集成光子學(xué)量子態(tài)調(diào)控、高計(jì)數(shù)率超導(dǎo)單光子探測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)百兆比特率的實(shí)時(shí)量子密鑰分發(fā)，將國(guó)際成碼率紀(jì)錄提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)未來(lái)量子通信的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。3月14日國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》發(fā)表了該成果。

在517這天，我們聊聊量子通信的“絕對(duì)保密”。

什么是量子、量子通信和量子密鑰

首先需要了解幾個(gè)基礎(chǔ)概念。

量子是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱，是能量的最基本攜帶者。

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本單元，是能量的最基本攜帶者。它是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱?？梢哉f(shuō)，整個(gè)世界都是由量子組成的。比如，日常生活中的光，就由大量光量子組成。

量子通信是量子信息學(xué)的一個(gè)重要分支，它利用量子力學(xué)原理對(duì)量子態(tài)進(jìn)行操控，在兩個(gè)地點(diǎn)之間進(jìn)行信息交互，可以完成經(jīng)典通信所不能完成的任務(wù)。它有兩種最典型的應(yīng)用，一種是量子密鑰分發(fā)，另一種是量子隱形傳態(tài)。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，也是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是原理上無(wú)條件安全的通信方式。

量子密鑰分發(fā)是通過(guò)對(duì)光量子態(tài)的傳輸和測(cè)量，產(chǎn)生不可截獲不可篡改，完全具備量子隨機(jī)性的量子密鑰。密鑰的呈現(xiàn)形式為二進(jìn)制比特，可以為各類數(shù)據(jù)通信建立牢不可破的加密，即量子加密通信。

量子技術(shù)為何保密性高

量子技術(shù)加密可以利用物理規(guī)律來(lái)保障信息的唯一性，這種技術(shù)是本質(zhì)性的，是瞬時(shí)完成的，在理論上不可破解。在量子信息中，有一條很基本的定理叫作“量子不可克隆定理”，它可以保證量子比特?zé)o法被精確復(fù)制。

在以往的通信方式中，就算寄件人粘好信封，滴蠟蓋上火印，也防不住有人拆開、讀完再?gòu)?fù)原；而用電磁波傳遞一個(gè)秘密時(shí)，“音量”再低，也防不住精細(xì)的竊聽。最終，可以設(shè)法將“音量”調(diào)低到如此程度：信息微弱到了極限——量子級(jí)別，而處于量子態(tài)的粒子具有“自我毀滅”的特性，任何間諜去測(cè)量都會(huì)破壞它，再小心的讀取都會(huì)徹底改變它，而不可能只改變一點(diǎn)點(diǎn)，同時(shí)，拷貝也會(huì)破壞信息，并讓使用者知曉，也是這一特性讓它很適合做“保密工具”。

利用這個(gè)特性，量子通信也就保證了安全。

量子通信未來(lái)會(huì)不會(huì)取代傳統(tǒng)通信

專家張文卓介紹：“實(shí)際上，量子通信的目標(biāo)并不是要把傳統(tǒng)的數(shù)字通信給取代掉。比如量子密鑰分發(fā)，它本身是為了讓傳統(tǒng)的數(shù)字通信變得更安全，并不能獨(dú)立存在。而量子隱形傳態(tài)則完全取決于量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。只有未來(lái)所有的經(jīng)典計(jì)算機(jī)都被量子計(jì)算機(jī)取代了，才完全會(huì)用這種通信方式。但問(wèn)題是，量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)就好比核武器和常規(guī)武器，是不可能完全取代彼此的。未來(lái)應(yīng)該是量子通信和傳統(tǒng)通信一起構(gòu)建天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

隨著量子信息研究深化應(yīng)用，也許能在不遠(yuǎn)的將來(lái)，量子通信技術(shù)將如同手機(jī)、電腦一般，走入尋常百姓家。