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量子通信:信息安全“保护神”

导读: 量子通信在信息安全领域有着重大的应用价值和前景,不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信,还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行等。

  

  量子通信在信息安全领域有着重大的应用价值和前景,不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信,还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域和部门,而技术又相对成熟,未来应用市场前景广阔。

  “量子通信在军事通信、政府保密通信、民用通信上都将带来颠覆性的变革,技术又已相对成熟,经我们详细测算,未来市场空间远超千亿元。”国内最早发表量子通信领域证券研究报告的分析师之一、兴业证券通信团队首席分析师唐海清指出。

  6月3日,国家发改委发布《长江三角洲城市群发展规划》提出,将积极建设“京沪干线”量子通信工程,推动量子通信技术在上海、合肥、芜湖等城市使用。更引入注目的是,文件明确提出:“促进量子通信技术在政府部门、军队和金融机构等应用。”这被认为是政府首次明确推动量子通信技术进入政府、军队、金融机构。比如一些银行系统,在客户的征信信息、个人用户信息的传输上也会通过量子,确保信息不被窃取。

  按照国家发改委此前立项规划,2016年下半年,全球最长的远距离量子加密通信干线“京沪干线大尺度光纤量子通信骨干网”将完工交付。同时,7月中国将发射量子科学实验卫星,推动无光纤的空中量子通信。

  量子理论被认为是继牛顿经典力学后,人类科学的颠覆性发现。日前,笔者在上海纽约大学举行的“原子、分子和光物理前沿发展国际研讨会”上专访数位量子物理国际顶尖科学家,发现国内民众对量子通信存在不少误解,而中国在量子通信领域的实际应用正走在世界前列。

  如何进行信息传递

  下个月,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。

  而今年9月,量子通信的核心环节:密钥传输实验,将搭乘“天宫二号”上天展开实验。这意味着世界上第一封绝对不会被拦截、被破解、被复制,只能是“天知地知,你知我知”的密信,即将诞生。

  那么,量子通信的原理是什么,如何实现信息的传递和加密?

  量子通信,即利用量子纠缠效应,来传递信息。什么是量子纠缠?通俗地说,就像心电感应。量子力学研究发现,宇宙中任何一个粒子都有“双胞胎”,二者即使隔开整个宇宙的距离,也仍然一直保持同步同时同样变化,就像其中一个翻掌,宇宙另一头也同时翻掌。这就像一对恋人,一个人心里对另一个人说“我爱你”,另一个人立即同步有相同感受地说“我爱你”。这一对粒子同步同样变化的状态,就是量子纠缠态。

  利用这一原理,人们可以制备出一对纠缠粒子,把它们一个放在北京,一个放在上海,当北京的粒子一动,上海的粒子立刻就接收到信息。这就是量子通信。

  目前当我们讨论“量子通信”,主要包含两层应用方向:一是用量子技术取代目前技术(光缆)来传递信息;二是仍用目前技术传递信息,但信息加密的秘钥用量子原理来分配、传递秘钥。

  其中第一种完全用量子技术来传递信息,就不像目前技术需要铺设有形的光缆,而是无形地在空中传输,这就是国际常称的freespacecommunication(空中量子通信)、国内所称的量子隐形传送。

  但目前的空中量子通信仍有关键技术难题未解,短期内未有实际投入使用的项目。那2016年下半年将交付的京沪干线量子通信网络,是指什么?

  它的全称是“京沪干线大尺度光纤量子通信骨干网”,顾名思义,它仍然需要铺设光缆,通过有形的光纤传送信息,这就是国际常称的“classicaltransmission(传统传输方法)”。

  但它对信息的保密是利用量子技术,即上述两大应用方向中的第二种:利用量子原理分配秘钥。这也是目前全球量子技术中,最接近实际应用的研究领域。中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟说,“京沪干线”项目主要针对量子保密通信关键技术。

  “京沪干线”年底建成

  中国目前主攻量子保密通信技术,目前在建的主要是两个项目:一是“京沪干线”,二是7月将发射的量子通信卫星。

  京沪干线大尺度光纤量子通信骨干网,将是目前全球总长度最长的量子保密通信干线,其长度达2000余公里,从北京出发,经过济南、合肥,到达上海。它是世界首例千公里级高可信、可扩展的广域光纤量子通信网络,2013年由国家发改委立项,预计2016年9月底完成全部应用系统交付,并开始全系统上线联调,年底完成项目总验收。

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