星際旅行或?qū)⒉辉偈菈?mèng)

星際旅行或?qū)⒉辉偈菈?mèng)

量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底，因?yàn)橐坏┯腥嗽噲D打開(kāi)“信件”，量子密鑰會(huì)讓“信件”自毀，并讓使用者知曉。

8月16日凌晨，我國(guó)發(fā)射的世界上首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”順利升空，中國(guó)將成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國(guó)家，邁出量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的第一步。到今年年底，“京滬干線(xiàn)”項(xiàng)目將會(huì)完工，這條干線(xiàn)能夠完全保障通信安全，即便國(guó)外技術(shù)手段再先進(jìn)，也無(wú)法破解中國(guó)的量子密鑰分配技術(shù)。

該怎么理解“量子”

量子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個(gè)光子”，同理，也不存在“半個(gè)氫原子”“半個(gè)水分子”等等。量子世界中有兩個(gè)基本原理：

——量子疊加，就是指一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經(jīng)形象地表述為“一只貓可以同時(shí)既是活的又是死的”。

——量子糾纏，類(lèi)似孫悟空和他的分身，二者無(wú)論距離多遠(yuǎn)都“心有靈犀”。當(dāng)兩個(gè)微觀(guān)粒子處于糾纏態(tài)，不論分離多遠(yuǎn)，對(duì)其中一個(gè)粒子的量子態(tài)做任何改變，另一個(gè)會(huì)立刻感受到，并做相應(yīng)改變。

機(jī)器人都是預(yù)先設(shè)置好程序的，而人是有意識(shí)和自由意志的。研究發(fā)現(xiàn)，人腦中的思維機(jī)制與量子疊加、量子糾纏或許存在相似之處。所以也有學(xué)者認(rèn)為，未來(lái)可望創(chuàng)造出與人腦一樣運(yùn)行的人工智能機(jī)器人。

真到這種程度，機(jī)器與生物之間的界限已經(jīng)非常模糊。這目前還只是一種暢想，未來(lái)究竟怎樣還得拭目以待。

此外，“量子態(tài)隱形傳輸”也在研究之中，它是基于量子疊加和量子糾纏的特性，就是甲地某一粒子的未知量子態(tài)，可以在乙地的另一粒子上還原出來(lái)。其實(shí)傳輸?shù)氖橇Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是粒子本身。這種狀態(tài)傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動(dòng)”。

現(xiàn)在，在光子、原子等層面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到。因?yàn)榭苹秒娪袄锶说膫魉停粌H需要把人的實(shí)體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴(yán)格按照原來(lái)的相對(duì)位置重新排列起來(lái)，更何況重現(xiàn)意識(shí)和記憶就更復(fù)雜了。

不過(guò)，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，也許未來(lái)我們還是可以實(shí)現(xiàn)人的量子隱形傳態(tài)，到那時(shí)星際旅行便不再是夢(mèng)。

通信“絕對(duì)安全”，能改寫(xiě)二戰(zhàn)歷史

說(shuō)到量子通信的“絕對(duì)安全”，必須說(shuō)說(shuō)傳統(tǒng)通信加密方法的不安全。比如在二戰(zhàn)時(shí)期，日本海軍所有單位使用同一套密碼本，密碼都是規(guī)定死的，一旦對(duì)戰(zhàn)一方繳獲密碼本或者破解了部分密碼，日軍各單位之間用密碼傳輸?shù)能娛聶C(jī)密也就不再是機(jī)密了。美軍就是破解了這個(gè)密碼，成功摸清了日軍海軍總司令山本五十六的行蹤并將其擊斃。

到了現(xiàn)代通信中，人們陸續(xù)使用DES、AES、RSA等加密算法，但是說(shuō)白了，它們的難以破解主要是依賴(lài)復(fù)雜的算法，普通計(jì)算機(jī)無(wú)法算出所有的可能性，也就破解不出來(lái)。隨著計(jì)算能力的不斷提高，尤其是計(jì)算能力超乎想象的量子計(jì)算機(jī)，在復(fù)雜的算法要破解也是分分鐘的事。

量子計(jì)算便如可攻破一切傳統(tǒng)保密系統(tǒng)的“利矛”。同樣源自量子理論的量子通信技術(shù)又為保密提供了新手段。

量子通信則是對(duì)傳統(tǒng)通信方式的一場(chǎng)顛覆，因?yàn)樗鼈鬏數(shù)牟皇菙?shù)字，而是光粒子。“墨子”要做的“量子密鑰”分發(fā)實(shí)驗(yàn)，就是將數(shù)字密鑰儲(chǔ)存在特殊的量子信息中，并在量子通信線(xiàn)路中傳輸。在這個(gè)過(guò)程中，量子衛(wèi)星發(fā)射的每一個(gè)光子的方向都是隨機(jī)的，只要方向不對(duì)，傳輸就可能出錯(cuò)進(jìn)而失敗，也就是說(shuō)接收方接到的是一連串有對(duì)有錯(cuò)隨機(jī)排列的東西。等整個(gè)量子通信結(jié)束后，衛(wèi)星再和接收方聯(lián)系一下，刪掉那些傳輸失敗的部分，剩下的就是這次量子通信中隨機(jī)產(chǎn)生的密碼。

打了個(gè)比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開(kāi)，就會(huì)留下泄密的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底，因?yàn)橐坏┯腥嗽噲D打開(kāi)“信件”，量子密鑰會(huì)讓“信件”自毀，并讓使用者知曉。量子通信可從根本上、永久性解決信息安全問(wèn)題，成為保密領(lǐng)域新的“堅(jiān)盾”。

目前，不論是基于民用還是軍用的互聯(lián)網(wǎng)，全世界13個(gè)根服務(wù)器沒(méi)有一個(gè)在中國(guó)。這是我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)信息安全最大的威脅。每天互聯(lián)網(wǎng)留存的數(shù)據(jù)都在國(guó)外的服務(wù)器上轉(zhuǎn)換，從根本上講，我們的數(shù)據(jù)信息無(wú)保密性可言。如果我們通過(guò)量子衛(wèi)星和量子通訊的突破，解決了最根本的通訊安全問(wèn)題。那不論是從國(guó)家安全方面來(lái)說(shuō)，還是國(guó)防，都會(huì)得到很大的幫助。另外從民用角度，如果我們廣泛使用量子通訊技術(shù)，那目前的一些網(wǎng)絡(luò)詐騙之類(lèi)的問(wèn)題也就可以得到有效的遏制。

10年后走進(jìn)我們的生活，不再怕網(wǎng)銀被盜

被稱(chēng)為“京滬干線(xiàn)”的地面量子通信網(wǎng)絡(luò)，是“天地一體化”量子通信網(wǎng)絡(luò)的地面組成部分。對(duì)于“京滬干線(xiàn)”的建設(shè)原理，潘建偉解釋道：在建設(shè)地面量子通信網(wǎng)絡(luò)的工程中，主要的應(yīng)用都集中在城市范圍內(nèi)，將城市之間的城域網(wǎng)連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)城際量子通信非常關(guān)鍵。

據(jù)介紹，目前的技術(shù)僅能夠達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)百公里量級(jí)的量子通信，所以就需要通過(guò)建立可信任的中繼站點(diǎn)來(lái)起到信息中轉(zhuǎn)的作用，連接相距數(shù)百公里兩個(gè)城市的量子通信網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)建立起來(lái)的北京、濟(jì)南、合肥、上海四個(gè)量子通信城域網(wǎng)，將在可信中繼的幫助下，通過(guò)光纖串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成量子通信的“京滬干線(xiàn)”。

量子保密通信“京滬干線(xiàn)”將在2016年下半年全線(xiàn)開(kāi)通，將應(yīng)用于金融、電子、政務(wù)等多方面領(lǐng)域的信息傳輸。比如，科學(xué)家可以用量子通信構(gòu)建“量子互聯(lián)網(wǎng)”，所有語(yǔ)音、文字、視頻、圖片都使用這種安全網(wǎng)絡(luò)傳輸，不用你的各種小秘密被其他人竊聽(tīng)。如果用在金融機(jī)構(gòu)，銀行可以給每個(gè)用戶(hù)配備獨(dú)一無(wú)二的“量子身份證”，密碼被盜、銀行卡被盜刷、手機(jī)支付被黑等情況將基本滅絕。量子通信技術(shù)還可以走進(jìn)家家戶(hù)戶(hù)，在家里安裝上相關(guān)設(shè)備，連水表電表數(shù)據(jù)、訂閱了什么電視頻道等等，都可以實(shí)現(xiàn)保密。

如果“墨子”能順利完成任務(wù)，科學(xué)家們將繼續(xù)發(fā)射更多顆量子衛(wèi)星，它們將與地面量子通信干線(xiàn)一起，形成“天地一體”、覆蓋全球的量子通信安全網(wǎng)絡(luò)，屆時(shí)政府、軍隊(duì)和銀行，乃至全社會(huì)都將獲益。

據(jù)設(shè)想，量子通信有望在10年左右的時(shí)間走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，每家每戶(hù)的網(wǎng)上銀行、網(wǎng)絡(luò)支付、手機(jī)支付等，都能享受到量子通信所帶來(lái)的安全性保障。到2030年左右，中國(guó)力爭(zhēng)率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。就像計(jì)算機(jī)曾經(jīng)做到的一樣，改變這個(gè)世界。

（《國(guó)際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)》2016.8.18、新華網(wǎng)2016.8.16等）