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解密量子通信卫星:究竟要干啥?

2016-03-08 01:15
天堂的苦涩
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  作为中国最年轻的院士,潘建伟还有一个身份是全国政协委员,在两会期间,他被记者问到最多的东西,当然就是量子通信和量子计算机。虽然量子计算机现在还没有什么好谈,但量子卫星马上就要上天了。

  在接受采访时,潘建伟透露,我国研制的世界首颗量子通信卫星有望在今年7月发射,相应地,量子保密通信“京沪干线”,也将在今年下半年全线开通。

  这意味着一个‘天地一体化’的量子通信网络将初步形成,也意味着自上世纪80年代起,至今历经30多年的量子信息研究,终于走向实用。这种卫星和地面之间的量子通信,在全球范围也将是首次实现。

  潘建伟说,在不久的将来,量子通信就能进入千家万户。希望通过十年左右的努力,将来每个人在互联网上进行的转款、支付等消费行为,都能够享受到量子通信的安全保障。

  很多人看到这里,也就很明白了,就是说中国科学家很厉害,总是能搞出大新闻。但是关于量子通信究竟是什么东西,有没有这么牛,是不是存在什么问题,就没有多少人关心了。

  不过我们还是要多说几句。梦想总是要回归现实,人不可能总是活在大新闻里面。

  首先要明确的一点,就是量子通信其实不是通信。

  虽然中国现在的量子通信手段、技术乃至产业化进程已经走在世界前列,但是不管是中国科学家还是国外同行所言的量子通信,并不是传统意义上的对数据进行直接通信,而主要是给传统的数据通信加上量子密钥。

  说白了,就是用量子密钥替代目前的公钥加密技术,上周公布的2015年度图灵奖,就是颁给了发明公钥加密技术的两位美国科学家。

  公钥加密技术,简单的说,就是拿两个很大的质数A和B进行乘积,然后把这个乘积作为公钥进行加密,然后用质数A或B进行解密。虽然得到A和B的乘积很容易,但是要直接从这个乘积分解成两个质数,就非常非常难。

  但是随着计算能力的不断提高,尤其是基于量子计算机的shor算法的出现,让基于大数因子分解的公钥加密技术,变得越来越脆弱。

  这就是为什么,在通信技术如此发达的今天,各国间涉及政治外交、军事安全的大部分机密信件和物品,仍然通过最传统的方式——外交信使来传递。即便是再高级的保密通信,只要是通过当前的电话线、无线电、光纤等手段,都会面临被破译和窃听的可能。

  这时候,就需要量子密钥发挥作用了。这种方法,是上世纪90年代美国IBM公司沃森实验室的查尔斯·本内特等人提出来的,由A向B发射一系列不同偏振态的光子,B对其进行随机测量,然后选取符合A要求的测量结果作为密码。在验证密码的过程中,如果存在窃听行为,可以从测量结果的错误率中发现。

  实际上,量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数,然后用这个随机数来加密。

  本内特等人在IBM成功研制出世界上第一台量子密钥分发的原型样机,但是它的工作距离仅为32厘米。此后,各国的科学家,逐步将量子密码在光纤中传输的距离推进到几十甚至上百公里,并尝试在自由空间中进行传递并取得成功。

  理论上,量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患,是迄今为止惟一被严格证明是无条件安全的通信方式。

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