“絕對安全”不再遙遠

量子信息科學拓寬和深化了量子理論在改變人類生活和社會面貌方面的應用，成為未來信息技術的戰略性發展方向

量子信息，已然成為了當下人們關注的焦點。伴隨著量子信息技術逐漸走向實用化，其衍生出的量子通信技術，更被譽為是繼微電子信息之后，最有可能引發軍事、經濟、社會領域又一次重大革命的關鍵技術。

量子信息科學的誕生

自上世紀80年代開始，人們發現，量子物理與信息技術相結合，可以開拓與經典方式具有本質區別的全新的信息處理和通信方式。于是，一門新興的學科——量子信息科學就此誕生。

在量子力學中，量子信息是關于量子系統“狀態”所帶有的物理信息。它是通過量子系統的各種相干特性（如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等），進行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。

至此，量子信息科學就迅速成為近年來物理學和信息科學領域最活躍的研究前沿之一。利用量子調控技術，能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，在增大信息傳輸容量、提高運算速度、確保信息安全等方面突破了經典信息技術的瓶頸。

量子信息科學拓寬和深化了量子理論在改變人類生活和社會面貌方面的應用，成為未來信息技術的戰略性發展方向，很有可能會推動整個信息產業的技術革命。量子信息主要包括量子通信和量子計算兩個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態、遠距離量子通信的技術等等；量子計算主要研究量子計算機和適合于量子計算機的量子算法。

而要說到最先走向實用化的量子信息技術，非量子通信莫屬。

量子通信絕對安全

安全地進行信息傳遞是人類千百年來的夢想之一。但在今日這個信息技術飛速進步的時代，安全通信卻幾乎成為海市蜃樓。由于經典信息容易被復制，因此保障通信安全的主要方法就是加密信息，使竊取者即使復制了加密后的密文也無法讀取原文。

但是這種方法的安全性在理論上缺乏證明——數學的不斷進步可能使得一些現在看起來無法利用數學方法破解的加密解密算法在未來得以破解，因此這種方法遠不能保證建造“絕對安全”的通信系統，而且在實際應用中也存在著加密和解密效率低下等諸多問題。

更為嚴峻的是，隨著計算科學和技術的發展，人類所擁有的計算能力的提升速度和潛力已遠遠超過了人們最初的想象，經典密碼加密技術對于通信安全的保障能力也顯得遠非人們預先估計的那么可靠了。尤其是上世紀70年代以來，量子計算概念的提出和它的初步實驗演示，更如同在經典密碼安全性上方高懸的“達摩克利斯之劍”，隨時威脅著經典通信系統的安全。

但如今，人們的這些顧慮可能會伴隨著量子通信技術的應用和普及而被永遠“埋葬”。廣義地說，量子通信是指利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術。量子通信內涵很廣泛，量子隱形傳態、量子保密通信、量子密集編碼等都屬于量子通信領域。但由于量子保密通信是目前最接近實用化的量子信息技術，也是人類目前掌握的唯一的無條件安全密碼技術，因此，我們日常提到量子通信時常常特指量子保密通信。

在量子通信過程中，發送方和接收方采用單光子的狀態作為信息載體來建立密鑰。通常來說，竊聽者可能用三種方法進行竊聽：

第一種方法是將單光子分割成兩部分，讓其中一部分繼續傳送，而對另一部分進行狀態測量獲取密鑰信息。但由于單光子不可分割，因此這種辦法無法做到。

第二種可能的方法是竊聽者希望截取單光子后，測量其狀態，然后根據測量結果發送一個新光子給接收方。但由于竊聽者不能精確地對光子的狀態進行測量，所以發送給接收方的光子的狀態與其原始狀態會存在偏差。這樣，發送方和接收方可以利用這個偏差來探測到竊聽者對光子的測量擾動，從而檢驗他們之間所建立的密鑰的安全性。

第三種可能的方法是竊聽者截取單光子后，通過復制單光子的狀態來竊取信息。但按照量子不可克隆原理，未知的量子態不可能被精確復制。

因此，無論是現在還是將來，無論破譯者掌握了多么先進的竊聽技術、多強大的破譯能力，只要量子力學規律成立，由量子通信建立起的秘密就無法被破解。

可以說，量子通信系統的問世，重新點燃了建造“絕對安全”通信系統的希望。通向“絕對安全通信”這個千百年來人類夢想大道的入口，在量子物理的指引下，又重新顯露在人們視野之中。

得益于這種“絕對安全”，通過量子通信，人們可以從根本上解決國防、金融、政務、商業等領域的信息安全問題。因此，量子通信被視為是保障未來信息社會通信安全的重要技術基礎。

更進一步來講，量子通信還能實質性地提升國家的信息技術水平和信息產業的核心競爭力，實現國家信息系統建設的跨越式發展，對國家綜合國力的提升、經濟和社會的進步產生深遠的影響。正因于此，其也成為世界主要發達國家優先發展的科技和產業高地。

量子通信就在我們身邊

早在三年前，“墨子號”研發參與者之一、濟南量子技術研究院院長助理周飛博士所在的濟南量子技術研究院，在國內最早“嘗鮮”量子技術成果，投資1.2億元建成了世界規模最大、功能最全的量子通信試驗網——濟南量子通信試驗網（下稱“濟南網”），運用一系列核心技術為山東政務、金融、政法、科研、教育五大領域28家單位的100多個用戶提供保密通信服務。

一部其貌不揚的黑色電話，出現在濟南市多個單位的核心業務部門。在檢察院系統，對一些貪腐案件調查進行信息溝通時，通過它可以保障信息安全，不存在泄露或竊聽；一些政府部門在政務信息的溝通中，通過它可以做好機要信息安全保護。

“這就是‘量子保密電話’。”周飛表示，“使用人在撥打或接聽電話時，通話記錄可以實現絕對保密。”

“現代密碼學所采用的加密通常是利用數學算法的復雜度來增加破譯的困難程度。如果破譯者希望得到信息的內容，就需要先破譯得到‘鑰匙’。而超級計算機的出現，再復雜的‘鑰匙’都有可能最終被破譯。”周飛舉例說，“比如我們平時打電話時，信號經過無線網、基站等若干個節點，任何一點都可能被竊聽。盡管信息也是加密的，但是這些傳統加密辦法較易被破解。而如果用量子技術加密，理論上不可破解。”

處于量子態的粒子具有“自我毀滅”的特性，這讓它適合做“保密工具”。周飛打比方：“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開，就會留下泄密的痕跡，而量子密鑰會讓‘信件’自毀，并讓使用者知曉。”在濟南研發試驗的這項保密通信技術，已經在黨的十八大會議上成功應用，用于會場內及周邊的信息保密傳輸，防止會議內容遭竊聽。

周飛說，類似量子通訊核心技術的研發支撐起“濟南網”的正常運行。