解密量子通信衛星：究竟要干啥？

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

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

　　這意味著(zhù)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(zhù)自上世紀80年代起，至今歷經(jīng)30多年的量子信息研究，終于走向實(shí)用。這種衛星和地面之間的量子通信，在全球范圍也將是首次實(shí)現。

　　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(hù)。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)行的轉款、支付等消費行為，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。

　　雖然中國現在的量子通信手段、技術(shù)乃至產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)走在世界前列，但是不管是中國科學(xué)家還是國外同行所言的量子通信，并不是傳統意義上的對數據進(jìn)行直接通信，而主要是給傳統的數據通信加上量子密鑰。

　　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，就是頒給了發(fā)明公鑰加密技術(shù)的兩位美國科學(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，就非常非常難。

　　但是隨著(zhù)計算能力的不斷提高，尤其是基于量子計算機的shor算法的出現，讓基于大數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)達的今天，各國間涉及政治外交、軍事安全的大部分機密信件和物品，仍然通過(guò)最傳統的方式——外交信使來(lái)傳遞。即便是再高級的保密通信，只要是通過(guò)當前的電話(huà)線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)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90年代美國IBM公司沃森實(shí)驗室的查爾斯·本內特等人提出來(lái)的，由A向B發(fā)射一系列不同偏振態(tài)的光子，B對其進(jìn)行隨機測量，然后選取符合A要求的測量結果作為密碼。在驗證密碼的過(guò)程中，如果存在竊聽(tīng)行為，可以從測量結果的錯誤率中發(fā)現。

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

　　本內特等人在IBM成功研制出世界上第一臺量子密鑰分發(fā)的原型樣機，但是它的工作距離僅為32厘米。此后，各國的科學(xué)家，逐步將量子密碼在光纖中傳輸的距離推進(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)內在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴格證明是無(wú)條件安全的通信方式。