量子通信——量子計算時代信息安全保障

　　量子通信大事紀(jì)

　　2016年8月，我國成功發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”， 2017年1月18日完成多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，正式交付用戶單位使用。

　　2017年6月，在中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會成立了量子通信與信息技術(shù)特設(shè)任務(wù)組，啟動了國家標(biāo)準(zhǔn)的研究工作。

　　2013年7月立項(xiàng)，全長2000余公里的量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)“京滬干線”在2017年8月底在合肥完成了全網(wǎng)技術(shù)驗(yàn)收，2017年9月29日正式開通，通過北京接入點(diǎn)與“墨子號”連接，實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

　　2017年11月10日，在APEC峰會上習(xí)近平總書記再次強(qiáng)調(diào)：“我們正迎來新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命，數(shù)字經(jīng)濟(jì)、共享經(jīng)濟(jì)在全球范圍內(nèi)掀起浪潮，人工智能、量子科學(xué)等新技術(shù)不斷取得突破，亞太不能等待和觀望?！?。

　　IBM宣布將在2017年年底前開放20量子位的處理器公眾測試，同時IBM正在向50量子位處理器商業(yè)化的方向前進(jìn)。

　　2017年，11月14日從清華大學(xué)與南京郵電大學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)組傳出，繼今年6月宣布在實(shí)驗(yàn)室通過量子存儲驗(yàn)證量子安全直接通信的理論方案后，他們近日首次在500米光纖中使用一種叫做糾纏的量子現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)量子信息的直接安全傳送。且理論分析證明，以當(dāng)前試驗(yàn)條件，可以實(shí)現(xiàn)幾十公里的量子安全直接通信。

　　為何從國家到科研單位和科技巨頭等各方面都在力推量子通信技術(shù)呢?它有什么“過人”之處,能集萬千寵愛于一身?下面讓小編為您一一解答。

　　傳統(tǒng)通信存隱患 量子通信來解決

　　傳統(tǒng)的通信方式主要有兩種，電纜和光纖。這兩種通信方式都存在竊聽手段簡單且竊聽過程和竊聽者無法被察覺的問題。

　　傳統(tǒng)通信傳輸示意圖

　　目前可以采用軟件加密的方式保護(hù)信息安全，雖然破解難度高，但未來超級計算機(jī)技術(shù)和量子計算機(jī)的出現(xiàn)，密碼破譯的速度將會越來越快。因此，目前的通信技術(shù)并不是絕對的安全。

　　傳統(tǒng)通信方法中，唯一被證明了是“絕對安全”的密碼體系，是一次一密。即是密鑰隨機(jī)且只用一次，且要求用于加密的密鑰長度與被加密的明文長度相同。所以若要達(dá)到這種加密標(biāo)準(zhǔn)，那么就要有大量的密鑰。這樣的方式?jīng)]有得到推廣實(shí)現(xiàn)商用。那么有沒有其它具備推廣使用潛力的絕對安全的通信技術(shù)?

　　答案當(dāng)然是量子通信技術(shù)，它能夠完美地解決信息傳輸過程中的安全問題，真正做到“絕對”安全。當(dāng)通信載體是量子時，根據(jù)薛定諤的貓原理，由于微觀粒子位置是不可能被確定的，總是以不同概率出現(xiàn)在某個位置，而且每次測量的微粒相比測量前必然發(fā)生變化。其次，借助量子力學(xué)的基于量子態(tài)不可克隆原理和海森堡測不準(zhǔn)原理。量子通信把密鑰分配給需要保密通信的雙方，密文的發(fā)送仍然通過標(biāo)準(zhǔn)的通信手段來完成。這個過程保證能夠在A B兩人之間實(shí)現(xiàn)密鑰的分配，其次保證分配的過程中不會使未授權(quán)的第三方得到密鑰的內(nèi)容。

　　在實(shí)際使用中，它是怎樣的確保信息安全和發(fā)現(xiàn)信息泄露的呢?小編用一張圖簡單分析大體過程，方便讀者直觀的了解，實(shí)際的過程比較復(fù)雜。

　　量子通信具有以下幾個特點(diǎn)：

　　1)量子通信實(shí)際不是通信方式，也不加密，只分配密鑰;

　　2)量子密鑰分配只是被動探測并發(fā)現(xiàn)竊聽，不能主動防護(hù)竊聽;

　　3)量子密鑰分配需要借助常規(guī)通信，無法超光速傳輸;

　　4)竊聽的探測基于量子力學(xué)的不可克隆和測不準(zhǔn)原理，所以叫量子密鑰分配。

　　我國未來量子技術(shù)前景展望

　　我國科研團(tuán)隊在量子通信理論和產(chǎn)業(yè)化方面均處于世界領(lǐng)先水平，隨著信息安全重要性日益突顯，量子通信將成為我國信息安全保障的重要技術(shù)手段，是國家實(shí)現(xiàn)技術(shù)彎道超車的重要領(lǐng)域。

　　國內(nèi)中科大、清華等研究機(jī)構(gòu)中涌現(xiàn)出潘建偉院士、姚期智院士等多個量子通信技術(shù)團(tuán)隊，在理論水平上與歐美同屬世界一流水平。而在產(chǎn)業(yè)化方面，我國已建成多個城域網(wǎng)、量子衛(wèi)星也發(fā)射成功完成全部實(shí)驗(yàn)任務(wù)，產(chǎn)業(yè)化成都領(lǐng)先全球。量子通信已成功保障包括“十八大”在內(nèi)多個重大活動的通信安全。量子通信作為大國信息安全的重要保障手段，寫入“十三五”規(guī)劃，而此次APEC峰會上習(xí)主席再次強(qiáng)調(diào)，未來量子通信必將持續(xù)受到國家重點(diǎn)支持。

　　小結(jié)

　　量子計算機(jī)成熟商用時點(diǎn)逐步臨近，超強(qiáng)運(yùn)算能力對傳統(tǒng)加密手段形成巨大沖擊，核心芯片國產(chǎn)化難度較大的背景下，量子通信絕對安全的理論特性愈加重要，量子通信的應(yīng)用和推廣有望進(jìn)一步提速。量子計算機(jī)面世后信息安全將無法保證，量子通信絕對安全的理論特點(diǎn)在量子計算時代格外重要，是保證大國信息安全的不二選擇。目前量子通信已提升至國家戰(zhàn)略高度，量子通信的應(yīng)用和推廣有望進(jìn)一步提速。