解密量子通信衛星：究竟要干啥？

　　作為中國最年輕的院士，潘建偉還有一個身份是全國政協委員，在兩會期間，他被記者問到最多的東西，當然就是量子通信和量子計算機。雖然量子計算機現在還沒有什么好談，但量子衛星馬上就要上天了。

　　在接受采訪時，潘建偉透露，我國研制的世界首顆量子通信衛星有望在今年7月發射，相應地，量子保密通信“京滬干線”，也將在今年下半年全線開通。

　　這意味著一個‘天地一體化’的量子通信網絡將初步形成，也意味著自上世紀80年代起，至今歷經30多年的量子信息研究，終于走向實用。這種衛星和地面之間的量子通信，在全球范圍也將是首次實現。

　　潘建偉說，在不久的將來，量子通信就能進入千家萬戶。希望通過十年左右的努力，將來每個人在互聯網上進行的轉款、支付等消費行為，都能夠享受到量子通信的安全保障。

　　很多人看到這里，也就很明白了，就是說中國科學家很厲害，總是能搞出大新聞。但是關于量子通信究竟是什么東西，有沒有這么牛，是不是存在什么問題，就沒有多少人關心了。

　　不過我們還是要多說幾句。夢想總是要回歸現實，人不可能總是活在大新聞里面。

　　首先要明確的一點，就是量子通信其實不是通信。

　　雖然中國現在的量子通信手段、技術乃至產業化進程已經走在世界前列，但是不管是中國科學家還是國外同行所言的量子通信，并不是傳統意義上的對數據進行直接通信，而主要是給傳統的數據通信加上量子密鑰。

　　說白了，就是用量子密鑰替代目前的公鑰加密技術，上周公布的2015年度圖靈獎，就是頒給了發明公鑰加密技術的兩位美國科學家。

　　公鑰加密技術，簡單的說，就是拿兩個很大的質數A和B進行乘積，然后把這個乘積作為公鑰進行加密，然后用質數A或B進行解密。雖然得到A和B的乘積很容易，但是要直接從這個乘積分解成兩個質數，就非常非常難。

　　但是隨著計算能力的不斷提高，尤其是基于量子計算機的shor算法的出現，讓基于大數因子分解的公鑰加密技術，變得越來越脆弱。

　　這就是為什么，在通信技術如此發達的今天，各國間涉及政治外交、軍事安全的大部分機密信件和物品，仍然通過最傳統的方式——外交信使來傳遞。即便是再高級的保密通信，只要是通過當前的電話線、無線電、光纖等手段，都會面臨被破譯和竊聽的可能。

　　這時候，就需要量子密鑰發揮作用了。這種方法，是上世紀90年代美國IBM公司沃森實驗室的查爾斯·本內特等人提出來的，由A向B發射一系列不同偏振態的光子，B對其進行隨機測量，然后選取符合A要求的測量結果作為密碼。在驗證密碼的過程中，如果存在竊聽行為，可以從測量結果的錯誤率中發現。

　　實際上，量子密鑰就是在A和B之間共同生成一串只有他們兩邊知道的隨機數，然后用這個隨機數來加密。

　　本內特等人在IBM成功研制出世界上第一臺量子密鑰分發的原型樣機，但是它的工作距離僅為32厘米。此后，各國的科學家，逐步將量子密碼在光纖中傳輸的距離推進到幾十甚至上百公里，并嘗試在自由空間中進行傳遞并取得成功。

　　理論上，量子密鑰分發克服了經典加密技術內在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。