8月中旬“墨子號(hào)”科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的成功發(fā)射，讓量子通信成為迅速躥紅的“網(wǎng)紅”，很多普通人都知道了這一高大上的事物。
“墨子號(hào)”升空意義的確重大，使我國在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。除了“墨子號(hào)”，國內(nèi)量子通信在今年還會(huì)有一項(xiàng)“壯舉”，那就是“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)年底前將建成并驗(yàn)收。
目前來看，量子通信主要有兩個(gè)應(yīng)用方向，一是取代傳統(tǒng)的介質(zhì)（比如光纖），直接用量子技術(shù)傳送信息，二是信息本身仍是通過光纖等來傳送，但使用量子技術(shù)傳遞密鑰，這就是量子保密通信。前一種應(yīng)用尚有諸多技術(shù)難關(guān)等待攻克，而后一種技術(shù)方案較為成熟，量子保密通信目前具備產(chǎn)業(yè)化條件。現(xiàn)在國內(nèi)一些地方已經(jīng)建立量子保密通信試驗(yàn)網(wǎng)，產(chǎn)業(yè)鏈日益壯大，包括電信運(yùn)營商也都積極參與其中，從而提升國內(nèi)信息安全水平，為下一代國家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
“網(wǎng)紅”的神奇之處
“目前來看，量子保密通信是最安全的通信方式，量子的不可分割、不可復(fù)制，而且是‘一次一密’，所以無法被竊聽竊取。”中國電信上海公司總師室相關(guān)人士對(duì)記者表示。
量子為何不可分割？眾所周知，量子是最小的能量單位，這是量子物理學(xué)的基本原理。所有的微觀粒子包括分子、原子、電子、光子，它們都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。比如光量子是構(gòu)成光的最基本單元，是光能的最小能量單位，已經(jīng)無法再分割。
除了不可分割，量子物理學(xué)還有一項(xiàng)基本原理：測不準(zhǔn)定律。在經(jīng)典力學(xué)中，物體在某一時(shí)刻有著確定的狀態(tài)，比如說某人正在開車，速度多少、具體位置信息通過測量都是確定的，或者說某人某個(gè)時(shí)刻在北京，那么他就不會(huì)出現(xiàn)在上海。但在神奇的量子世界中卻不是這樣。簡單來說，你不可能同時(shí)知道一個(gè)量子的位置和速度信息，因?yàn)閷?duì)位置信息測量的越精確，速度測量就會(huì)越不精確，反之亦然。所以說，如果不是事先知道單個(gè)量子狀態(tài)，想要在后期通過測量讀取量子狀態(tài)信息是不可能的，不能讀取也就不能復(fù)制。
量子不可分割、不可復(fù)制的特性，使得它在傳遞密鑰過程中具有很高的安全性。
比如甲乙雙方進(jìn)行安全通信，因?yàn)椴豢煞指畹奶匦裕`密者無法將單光子切割成兩部分，讓其中一部分繼續(xù)傳送，而對(duì)另一部分進(jìn)行狀態(tài)測量獲取密鑰信息；因?yàn)椴豢蓮?fù)制，竊密者在截取單光子后，也無法測量其狀態(tài)，然后根據(jù)測量結(jié)果復(fù)制新光子發(fā)送給接收方。
任何的竊聽、復(fù)制、測量行為，都會(huì)改變量子狀態(tài)，從而被通信雙方所獲知，知道有人在“圖謀不軌”。“知道有人竊聽后，我們可以通過其他的線路來進(jìn)行傳輸，比如從A地到B地，有好幾條公路，知道一條路上存在風(fēng)險(xiǎn)，可以換其他路。”一位業(yè)內(nèi)人士表示。
應(yīng)用開始普及
對(duì)很多人來說，量子保密通信仍是高大上的新鮮事物，但實(shí)際上，它在國內(nèi)已經(jīng)開始得到應(yīng)用。
業(yè)內(nèi)人士介紹，量子保密通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分三步走，一是通過光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)；二是通過量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡(luò)；三是通過衛(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)。現(xiàn)在，國內(nèi)多個(gè)省市已經(jīng)邁出第一步，已建或者正在建設(shè)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)，而隨著“墨子號(hào)”升空及后續(xù)更多量子通信衛(wèi)星的發(fā)射、“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)在年底的建成，第二步和第三步也正在推進(jìn)過程中。
在量子保密通信應(yīng)用領(lǐng)域，我國走在了世界前列。2012年，合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)正式建成。2013年，濟(jì)南建立量子保密通信城域試驗(yàn)網(wǎng)，山東省數(shù)十個(gè)省直機(jī)關(guān)事業(yè)單位、金融機(jī)構(gòu)率先嘗試了量子加密通信，實(shí)現(xiàn)了語音電話、傳真、文本通信和文件傳輸?shù)攘孔颖Ｃ軅鬏敇I(yè)務(wù)。在上海，一年多前初啟動(dòng)建設(shè)量子保密通信上海總控及大數(shù)據(jù)服務(wù)中心、陸家嘴金融量子保密通信應(yīng)用示范網(wǎng)。總控中心是“京滬干線”等重大項(xiàng)目量子通信網(wǎng)絡(luò)的管理、監(jiān)控、控制和展示中心，負(fù)責(zé)全網(wǎng)監(jiān)察和運(yùn)維指揮。
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)，全程2000多公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過濟(jì)南、合肥到達(dá)上海。“未來十年，在‘京滬干線’的基礎(chǔ)上，建設(shè)多橫多縱的量子保密通信國家骨干網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，支撐構(gòu)建完全自主可控的信息通信體系，全面服務(wù)于國家信息安全戰(zhàn)略。”一名業(yè)內(nèi)人士介紹。
量子保密通信網(wǎng)絡(luò)不僅是從城域擴(kuò)展到城際，隨著衛(wèi)星的上天，未來將形成星地一體的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。
中國電信先行一步
目前，國內(nèi)量子保密通信產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)迅速，越來越多的科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)加入到產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中，電信運(yùn)營商就是其中的重要力量。
中國電信是運(yùn)營商中的先行者，早在2014年11月，中國電信上海公司（上海電信）就與國內(nèi)首家從事量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)新型企業(yè)國盾量子公司合作，共同參與上海量子通信產(chǎn)業(yè)園（一期）項(xiàng)目陸家嘴金融量子保密通信應(yīng)用示范網(wǎng)建設(shè)。去年11月，上海電信正式啟用“未來網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”，打造面向未來網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究、開放合作平臺(tái)及試驗(yàn)基地，量子保密通信是其中重要部分，上海電信借此研究和推進(jìn)量子保密新技術(shù)、新產(chǎn)品的落地。在今年6月舉行的上海世界移動(dòng)大會(huì)上，上海電信還聯(lián)手國盾量子展示了量子保密通信應(yīng)用，在現(xiàn)場參觀的工信部總工張峰與上海電信總師室負(fù)責(zé)人利用量子保密通信系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)通話，張峰稱量子保密通信是目前最前沿的技術(shù)，希望電信繼續(xù)取得突破。
量子保密通信未來的市場空間無疑是廣闊的，它不僅可用于軍事、國防安全，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)、票據(jù)以及證券、保險(xiǎn)、銀行、工商、地稅、財(cái)政等領(lǐng)域，用來傳遞對(duì)安全性要求高的數(shù)據(jù)，市場需求巨大。以銀行為例，去年初，工商銀行采用量子保密通信技術(shù)在同城間傳輸工行北京分行電子檔案信息。而且，未來量子保密通信在個(gè)人領(lǐng)域也會(huì)大規(guī)模使用，屆時(shí)每個(gè)人的手機(jī)都會(huì)有量子加密芯片，進(jìn)行銀行轉(zhuǎn)賬、密碼輸入等涉密操作時(shí)，不用擔(dān)心被盜用或者攻擊。方正證券的研報(bào)稱，三五年內(nèi)，量子通信市場規(guī)模有望達(dá)到100-130億，未來將達(dá)到千億規(guī)模。
運(yùn)營商在光纖、IDC機(jī)房、用戶資源方面有著深厚積累，這為其在量子保密通信領(lǐng)域拓展打下良好基礎(chǔ)，有助于提升運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的競爭力，開拓新的藍(lán)海。