量子通信可保證通話不被竊聽
《西游記》中，孫悟空一個(gè)“筋斗云”就能越過(guò)十萬(wàn)八千里。數(shù)百年后，科學(xué)家已經(jīng)讓“筋斗云”變成現(xiàn)實(shí)—— —利用量子通訊，將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，像“筋斗云”一樣瞬間傳輸。
這項(xiàng)被稱為下一個(gè)科技拐點(diǎn)的量子技術(shù)，是目前已知的最安全的通信技術(shù)。如何保障在傳輸過(guò)程中不被竊聽或截取呢？濟(jì)南量子技術(shù)研究院院長(zhǎng)助理周飛博士說(shuō)，在物理學(xué)中常用到量子的概念，是指一個(gè)不可分割的基本個(gè)體，它不同于分子、原子。例如，“光量子”是光的基本單位。“量子是能量的最小不可分割單元，它的核心在于‘最小不可分割’，每一個(gè)不可分割的量子可以看作一個(gè)單量子態(tài)。”
單量子態(tài)有什么特性呢？周飛介紹，其最大的特點(diǎn)是具有測(cè)量不準(zhǔn)和不可克隆的性質(zhì)。量子的不可精確測(cè)量也就意味著無(wú)法精確克隆，“這就保證了只要有人試圖復(fù)制，就會(huì)發(fā)生誤碼，就能被發(fā)現(xiàn)。”周飛介紹，這也使得用量子態(tài)通信在傳輸過(guò)程中具有了絕對(duì)安全性。
除了傳輸過(guò)程的安全性，量子通信的絕對(duì)安全還得提到量子密鑰。據(jù)介紹，一般來(lái)講，信息的加密需要配合一連串?dāng)?shù)字組成的密鑰才能安全。據(jù)了解，量子通信則是通過(guò)將這串重要的數(shù)字密鑰貫穿在一系列特殊的量子信息里面，并在量子通信線路中傳輸再提取。周飛介紹，量子通信最大的特點(diǎn)是，當(dāng)量子信息被竊聽后，就會(huì)發(fā)生亂碼，留下的痕跡無(wú)法還原。所以利用量子的不可克隆性就保證了量子密鑰的安全。
28家單位用過(guò)量子加密通信
在濟(jì)南，這項(xiàng)高精尖的量子通信技術(shù)已經(jīng)開始了應(yīng)用。由濟(jì)南量子技術(shù)研究院組織承建的濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)，總體建設(shè)工程已于2014年初全部竣工驗(yàn)收。這是我國(guó)第一個(gè)以承載實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)的大型量子通信網(wǎng)，也是世界上已知的規(guī)模最大、功能最全的量子通信試驗(yàn)網(wǎng)。
5月31日，在濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)總控中心，量子通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以清晰看到每個(gè)集控站的分布情況，比如高新集控站、共青團(tuán)集控站、緯六路集控站等。目前濟(jì)南已有28家單位通過(guò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)量子通信集控站和終端，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)安全傳輸。“這28個(gè)單位的用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到50個(gè)，也就是說(shuō)有的單位可以有多個(gè)節(jié)點(diǎn)，總的用戶數(shù)量為95個(gè)。”周飛說(shuō)，量子通信的業(yè)務(wù)涵蓋政務(wù)、金融、政法、科研、教育等五大領(lǐng)域，主要為用戶提供基于量子加密的電話、傳真、文件和文本通信業(yè)務(wù)。
“目前這些用戶最普遍的應(yīng)用還是電話通信。”周飛說(shuō)，這些電話機(jī)跟普通的沒有區(qū)別，通訊光纖也是最常見的，最核心的技術(shù)是增加了一個(gè)“量子通信終端”，這個(gè)就像電腦的主機(jī)，通過(guò)這個(gè)可以實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸。量子通信可以將信息編碼加載到單個(gè)光子的振動(dòng)方向上，任何竊聽行為都會(huì)對(duì)其造成擾動(dòng)。
舉個(gè)例子，山東省檢察院、濟(jì)南市檢察院、歷下區(qū)檢察院都是量子通信的用戶，對(duì)一些貪腐案件調(diào)查信息溝通時(shí)，通過(guò)打量子加密電話，就可以保證信息的安全性，不會(huì)存在信息泄露或是竊聽。一些政府部門在政務(wù)信息的溝通中，比如一個(gè)城市的關(guān)鍵規(guī)劃或是機(jī)要信息，通過(guò)量子的電話或傳真，做好信息安全保護(hù)。此外，還有一些銀行系統(tǒng)，在客戶的征信信息、個(gè)人用戶信息的傳輸上也會(huì)通過(guò)量子，確保信息不被竊取。
經(jīng)濟(jì)南連京滬2000公里網(wǎng)絡(luò)保安全
作為我國(guó)目前最大規(guī)模的量子通信網(wǎng)，濟(jì)南的量子通信試驗(yàn)網(wǎng)不僅服務(wù)山東，還將作為連接北京、濟(jì)南、合肥和上海等地的量子保密通信“京滬干線”的重要組成部分，并有望在將來(lái)進(jìn)入手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等民用通信領(lǐng)域。
中國(guó)科學(xué)院院士、濟(jì)南量子技術(shù)研究院學(xué)術(shù)委員會(huì)主任潘建偉說(shuō)，京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)將于2016年下半年建成。建成后將廣泛用于金融、政務(wù)等領(lǐng)域信息的安全傳輸。“京滬干線”總長(zhǎng)2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過(guò)濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海。利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，京滬兩地的金融、政務(wù)等機(jī)構(gòu)能進(jìn)行保密通信。
“濟(jì)南量子通信網(wǎng)是京滬量子干線上的城域接入網(wǎng)，是非常關(guān)鍵的局域點(diǎn)。”周飛說(shuō)，濟(jì)南建成的量子保密通信試驗(yàn)網(wǎng)是我國(guó)保密通信技術(shù)研發(fā)的第一步。量子保密通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用將分三步走：一是通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)；二是通過(guò)量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡(luò)；三是通過(guò)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。而連接北京和上海的千公里光纖量子通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線”正是城際量子通信網(wǎng)絡(luò)。
“京滬干線其實(shí)是為信息的安全保密傳輸做基礎(chǔ)設(shè)施的，這就像電力系統(tǒng)的基站，濟(jì)南作為一個(gè)分支，做的是城市內(nèi)部的保密基站，這種通信落地是難度最大的。”周飛說(shuō)，有了這個(gè)保密的基站，濟(jì)南跟京滬線上的其他城市在通信時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的保密。
未來(lái)10年手機(jī)有望加裝量子芯
我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將于今年7月?lián)駲C(jī)發(fā)射，率先在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)高速星地量子通信，將連接地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。濟(jì)南作為京滬量子通信干線的重要組成，也可以通過(guò)跟北京地面站的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)“天地一體化”的信息連接。簡(jiǎn)單說(shuō)，量子衛(wèi)星就是濟(jì)南與全世界聯(lián)系交流的空間中轉(zhuǎn)站。“量子衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間的無(wú)條件安全通信。”周飛說(shuō)。
“京滬干線”量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于鋪設(shè)在地面上的一張“網(wǎng)”，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星就是把這張網(wǎng)架設(shè)起來(lái)的骨架。量子衛(wèi)星織就的縱橫寰宇的量子通信之“網(wǎng)”，能夠確保整個(gè)空間內(nèi)海量信息在其中無(wú)障礙地自由流動(dòng)，并且完全不用擔(dān)心安全問(wèn)題。“此次量子衛(wèi)星一旦發(fā)射成功,結(jié)合量子衛(wèi)星無(wú)線鏈路和京滬干線的有線鏈路,中國(guó)將初步構(gòu)建成天地一體化的廣域量子通信體系。”周飛說(shuō)，這樣就真正實(shí)現(xiàn)了量子通信的“上天又入地”。
周飛說(shuō)，北京是量子衛(wèi)星的一個(gè)地面站，也是京滬干線的重要節(jié) 點(diǎn)。濟(jì)南也是京滬干線的重要組成，這樣一來(lái)，濟(jì)南通過(guò)京滬干線先與北京實(shí)現(xiàn)地面連接，與此同時(shí)，也是通過(guò)北京地面站與衛(wèi)星聯(lián)系。周飛說(shuō)，有了量子衛(wèi)星，未來(lái)在濟(jì)南跟大洋彼岸的歐洲等地打電話或是通信，都可以非常簡(jiǎn)單快捷地實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通以及安全保密。
未來(lái)老百姓如何享受到這種高精尖的通信技術(shù)呢？潘建偉說(shuō)，在10年到15年里每個(gè)人的手機(jī)都有望植入一個(gè)量子加密芯，就能夠享受到量子通信技術(shù)帶來(lái)的信息安全的好處。