量子通信可保證通話不被竊聽
《西游記》中，孫悟空一個“筋斗云”就能越過十萬八千里。數(shù)百年后，科學家已經(jīng)讓“筋斗云”變成現(xiàn)實—— —利用量子通訊，將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠地點，像“筋斗云”一樣瞬間傳輸。
這項被稱為下一個科技拐點的量子技術，是目前已知的最安全的通信技術。如何保障在傳輸過程中不被竊聽或截取呢？濟南量子技術研究院院長助理周飛博士說，在物理學中常用到量子的概念，是指一個不可分割的基本個體，它不同于分子、原子。例如，“光量子”是光的基本單位?！傲孔邮悄芰康淖钚〔豢煞指顔卧?，它的核心在于‘最小不可分割’，每一個不可分割的量子可以看作一個單量子態(tài)?！?/p>
單量子態(tài)有什么特性呢？周飛介紹，其最大的特點是具有測量不準和不可克隆的性質(zhì)。量子的不可精確測量也就意味著無法精確克隆，“這就保證了只要有人試圖復制，就會發(fā)生誤碼，就能被發(fā)現(xiàn)?！敝茱w介紹，這也使得用量子態(tài)通信在傳輸過程中具有了絕對安全性。
除了傳輸過程的安全性，量子通信的絕對安全還得提到量子密鑰。據(jù)介紹，一般來講，信息的加密需要配合一連串數(shù)字組成的密鑰才能安全。據(jù)了解，量子通信則是通過將這串重要的數(shù)字密鑰貫穿在一系列特殊的量子信息里面，并在量子通信線路中傳輸再提取。周飛介紹，量子通信最大的特點是，當量子信息被竊聽后，就會發(fā)生亂碼，留下的痕跡無法還原。所以利用量子的不可克隆性就保證了量子密鑰的安全。
28家單位用過量子加密通信
在濟南，這項高精尖的量子通信技術已經(jīng)開始了應用。由濟南量子技術研究院組織承建的濟南量子通信試驗網(wǎng)，總體建設工程已于2014年初全部竣工驗收。這是我國第一個以承載實際應用為目標的大型量子通信網(wǎng)，也是世界上已知的規(guī)模最大、功能最全的量子通信試驗網(wǎng)。
5月31日，在濟南量子通信試驗網(wǎng)總控中心，量子通信監(jiān)測系統(tǒng)可以清晰看到每個集控站的分布情況，比如高新集控站、共青團集控站、緯六路集控站等。目前濟南已有28家單位通過網(wǎng)絡內(nèi)量子通信集控站和終端，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)安全傳輸。“這28個單位的用戶節(jié)點數(shù)達到50個，也就是說有的單位可以有多個節(jié)點，總的用戶數(shù)量為95個?！敝茱w說，量子通信的業(yè)務涵蓋政務、金融、政法、科研、教育等五大領域，主要為用戶提供基于量子加密的電話、傳真、文件和文本通信業(yè)務。
“目前這些用戶最普遍的應用還是電話通信?！敝茱w說，這些電話機跟普通的沒有區(qū)別，通訊光纖也是最常見的，最核心的技術是增加了一個“量子通信終端”，這個就像電腦的主機，通過這個可以實現(xiàn)信息的安全傳輸。量子通信可以將信息編碼加載到單個光子的振動方向上，任何竊聽行為都會對其造成擾動。
舉個例子，山東省檢察院、濟南市檢察院、歷下區(qū)檢察院都是量子通信的用戶，對一些貪腐案件調(diào)查信息溝通時，通過打量子加密電話，就可以保證信息的安全性，不會存在信息泄露或是竊聽。一些政府部門在政務信息的溝通中，比如一個城市的關鍵規(guī)劃或是機要信息，通過量子的電話或傳真，做好信息安全保護。此外，還有一些銀行系統(tǒng)，在客戶的征信信息、個人用戶信息的傳輸上也會通過量子，確保信息不被竊取。
經(jīng)濟南連京滬2000公里網(wǎng)絡保安全
作為我國目前最大規(guī)模的量子通信網(wǎng)，濟南的量子通信試驗網(wǎng)不僅服務山東，還將作為連接北京、濟南、合肥和上海等地的量子保密通信“京滬干線”的重要組成部分，并有望在將來進入手機、網(wǎng)絡等民用通信領域。
中國科學院院士、濟南量子技術研究院學術委員會主任潘建偉說，京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)將于2016年下半年建成。建成后將廣泛用于金融、政務等領域信息的安全傳輸。“京滬干線”總長2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過濟南、合肥，到達上海。利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡，京滬兩地的金融、政務等機構能進行保密通信。
“濟南量子通信網(wǎng)是京滬量子干線上的城域接入網(wǎng)，是非常關鍵的局域點?！敝茱w說，濟南建成的量子保密通信試驗網(wǎng)是我國保密通信技術研發(fā)的第一步。量子保密通信技術的實際應用將分三步走：一是通過光纖實現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡；二是通過量子中繼器實現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡；三是通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡。而連接北京和上海的千公里光纖量子通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線”正是城際量子通信網(wǎng)絡。
“京滬干線其實是為信息的安全保密傳輸做基礎設施的，這就像電力系統(tǒng)的基站，濟南作為一個分支，做的是城市內(nèi)部的保密基站，這種通信落地是難度最大的?！敝茱w說，有了這個保密的基站，濟南跟京滬線上的其他城市在通信時，可以實現(xiàn)絕對安全的保密。
未來10年手機有望加裝量子芯
我國首顆量子科學實驗衛(wèi)星將于今年7月?lián)駲C發(fā)射，率先在國際上實現(xiàn)高速星地量子通信，將連接地面光纖量子通信網(wǎng)絡，構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。濟南作為京滬量子通信干線的重要組成，也可以通過跟北京地面站的聯(lián)系，實現(xiàn)“天地一體化”的信息連接。簡單說，量子衛(wèi)星就是濟南與全世界聯(lián)系交流的空間中轉(zhuǎn)站?！傲孔有l(wèi)星可以實現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間的無條件安全通信。”周飛說。
“京滬干線”量子通信骨干網(wǎng)絡就相當于鋪設在地面上的一張“網(wǎng)”，量子科學實驗衛(wèi)星就是把這張網(wǎng)架設起來的骨架。量子衛(wèi)星織就的縱橫寰宇的量子通信之“網(wǎng)”，能夠確保整個空間內(nèi)海量信息在其中無障礙地自由流動，并且完全不用擔心安全問題?！按舜瘟孔有l(wèi)星一旦發(fā)射成功,結合量子衛(wèi)星無線鏈路和京滬干線的有線鏈路,中國將初步構建成天地一體化的廣域量子通信體系。”周飛說，這樣就真正實現(xiàn)了量子通信的“上天又入地”。
周飛說，北京是量子衛(wèi)星的一個地面站，也是京滬干線的重要節(jié) 點。濟南也是京滬干線的重要組成，這樣一來，濟南通過京滬干線先與北京實現(xiàn)地面連接，與此同時，也是通過北京地面站與衛(wèi)星聯(lián)系。周飛說，有了量子衛(wèi)星，未來在濟南跟大洋彼岸的歐洲等地打電話或是通信，都可以非常簡單快捷地實現(xiàn)信息的實時互聯(lián)互通以及安全保密。
未來老百姓如何享受到這種高精尖的通信技術呢？潘建偉說，在10年到15年里每個人的手機都有望植入一個量子加密芯，就能夠享受到量子通信技術帶來的信息安全的好處。