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你所不知道的:量子通信为何如此重要

2016-06-02 15:02
汉水狂客
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  今年7月,我国将发射世界首颗量子科学实验卫星,并在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建一个天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

  今年9月,量子通信的核心环节:密钥(加密、解密的钥匙)传输实验,将搭乘天宫二号空间实验室,上天展开实验。

  这意味着,世界上第一封绝对不会被截、被破、被复制、只能是天知地知、你知我知的密信,将要诞生。

  为什么要发量子卫星? 开展保密通信实验

  在卫星界,一般大卫星都至少上吨,量子通信卫星在块头上,算是秀气的小卫星,只有640公斤。它有点像人类中一些出类拔萃的小个子奇才,在实现天、地光学设备对准之后,这颗量子卫星将执行的一个主要任务:天地之间的量子保密通信。

  传统的通信加密和传输安全,都是依赖于复杂的算法。说白了,是欺负计算机来不及算出所有的可能。

  比如,为了对一个400位的阿拉伯数字进行因子分解,目前最快的超级计算机将耗时上百亿年;所以,现在的数字密码体系是安全的。

  可是,目前全世界都盯着量子计算机的研发。一旦出现具有相同时钟脉冲速度的量子计算机,只需大约1分钟便可计算完毕。

  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。在计算能力凶猛的量子计算机面前,传统传输的密件,就像在裸奔一样。

  所以科学家要尝试量子通信,由量子来押镖这趟信息传输的征程。因为通俗地说,它传输的是光粒子,而不是数字。

  量子卫星为啥能保证密码:不被破解、复制

  今年9月将发射升空的天宫二号空间实验室,会携带中国科技大学潘建伟院士团队的一个项目载荷(卫星平台所携带的仪器和设备):天地量子密钥传输实验。

  这一系统用于验证量子密钥分发的核心环节,实现量子密钥的天地分发。

  第二次世界大战中,波兰人和英国人成功破译了德国著名的“恩格玛”密码,盟军由此得知了德国的许多重大军事行动;美军破译日本的高级密码——“紫密”,从而击毙了日本海军大将山本五十六,一举扭转了美军在太平洋战场的被动局面。

  这些都是人类历史上,密码攻防战中的典型战例。当然在量子通信传输加入保密界后,格局就不一样了。

  天宫二号上将要进行的这场实验,是在密钥的信道上,天地间传输密钥。

  在距离地球400公里的轨道上,天宫二号相对于地球的转速,达到7.9公里/秒,天地密钥传输就相当于在这样的速度下,天上的一粒光子“拿着手电”,准确地发射激光找到地球基站上的一粒光子,点对点地进行直线传输。

  浙江大学一位科学家在接受专访时表示,光量子的物理特性,决定了这种传输方式的绝对安全。

  “单光子不可被分割、测量。”

  有一种截镖方式,是直接打劫。但是如果在天上光子打向地面的过程中,被劫了,那么地面上就一定无法再接受到这粒光量子了,这会让接收方及时警惕情报已被盗。
  “同时,量子态不可复制。”

  还有一种情报截取手段,是暗度陈仓、复制情报。但是处于量子态的粒子,一旦被复制,原来的粒子也就毁了。这保证了信息不可被窃听。

  “量子通信方式,从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全,可从根本上、永久性解决信息安全问题。”

  所以这是“一把”你知我知、天知地知的秘密钥匙。

  将来还有一张量子通信网

  科学实验的目标,是最终打造一张天地一体化的量子通信网。

  在卫星成功进行多项实验后,天地一体化量子科学实验系统将投入正式运行。量子卫星首席科学家、中国科学技术大学教授潘建伟透露,“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网工程,预计今年下半年交付。

  这一工程将构建千公里级高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络,建成大尺度量子通信技术验证、应用研究和应用示范平台。结合量子卫星和京沪干线,将初步构建我国天地一体化的广域量子通信体系。

  据了解,我国还将陆续发射多颗量子卫星,力争在2030年前后率先建成全球化的广域量子保密通信网络。

  这张网络,是由一连串环绕全球、相互纠缠的粒子组成的。这样的网络,能让人们安全地共享密钥,并且可以确凿无疑地发现窃听企图。

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