飛行的“量子號”

喬 喻

飛行的“量子號”

喬 喻

2016年8月，我國發射了一顆“墨子號”衛星，引來眾多關注。這是一顆什么衛星呢？

失靈的老密碼

特殊的通信需要保密，保密則需要密碼鑰匙。

傳統的密碼鑰匙就是信息的加密方式，因為它和咱們開門用的鑰匙有相似功能，所以被稱為密碼鑰匙。打個比方：甲想向乙傳輸1-2-3這段信息，先按照將每個數字都加3的方式向乙傳輸4-5-6，1-2-3就叫明文，4-5-6就叫密文，而每個數字都加3就是密碼鑰匙。發送者可用密碼鑰匙加密信息，接收者可用它來解密。

間諜獲得密碼鑰匙的方法很多，現在主要利用計算機獲取密碼鑰匙，就是利用計算機的超強信息處理功能，尋找密文信息的變化規律，規律就是加密方式。有了計算機這種機器助手來幫助破解密碼，幾乎是沒有破解不了的密碼鑰匙。比如1977年，數學家李維斯特給出了一個129位數，要求把這個數分解成兩個質數的乘積，做出這個結果，就等于掌握了密碼鑰匙，就能發現隱藏的信息。當時李維斯特信心滿滿地宣稱，算出他的密碼鑰匙需要幾億億億億億（好多億）年。誰知17年之后，600名密碼破譯愛好者動用了1 600臺計算機，用了6個月的時間把李維斯特的密碼破解了。

現在看來，利用計算機破解密碼終究會成功，所以說現在的信息安全只是某一段時間內的相對安全，不是永久的安全。那么，有沒有永遠不會被解密的通信方式呢？有呀，它就是利用量子衛星開展的量子通信。傳統的密碼鑰匙存在巨大危機，量子衛星擁有超強的不可破解的密碼鑰匙，是保密通信的重要保證。

量子密碼牢不可破

科學家在1900年發現了量子這種微粒，發現了量子糾纏現象：一對處于糾纏狀態的量子甲和乙，甲攜帶的信息，可以瞬間在乙身上體現出來。在量子通信狀態下，信息的傳輸端和接收端之間不用連接實線，也不需要電磁波，這種量子糾纏現象曾被愛因斯坦描述為：兩物之間，無論距離多遠，都會存在相互感應信息的天然魔力。沒有傳輸介質，間諜想從“半路”截獲信息的可能性就不存在了。

最為關鍵的是，量子通信的加密速度極快，它可以給數之不盡的每一個信息片段各加有一個獨立的密碼鑰匙。舉個例子來說：如果把一次通話分割成一百億個信息片段來傳輸，則量子通信可以瞬間給這一百億個信息片段上各加上各自的密碼鑰匙，這種加密方式被形象地稱為“一次一密”。你可以想象，在通信過程中，信息源源不斷，加密碼鑰匙源源不斷，千變萬化，間諜要破解這么多的密碼鑰匙，簡直是招架之功還手之力全無呀。一次一密帶來了天量密碼鑰匙，讓密碼間諜從此失去了飯碗。而前面提到的“墨子號”，就是一顆量子衛星“一次一密”的制造者，它是信息間諜的克星。

如果硬要一臺計算機來破解量子衛星產生的通信密碼，理論上也是可以的，但時間需要數億年，甚至是無限久。誰等密碼能等得起呢？

你看，量子通信時代，某些間諜也要失業了。

量子衛星中國獨有

甲量子向乙量子傳送信息，理論上它們之間的距離可以無限遠，但無論間隔多遠，信息都能傳輸給乙?？墒?，事實上在地球表面，量子的能量會衰減，衰減雖然不影響信息傳遞，卻會影響對信息的辨別。你想想，甲雖然最終是把信息傳遞給了乙，但信號太弱，弱到目前我們無法辨識，不也是無用嗎！

量子之間信息傳輸距離是無限的，多遠都能傳到，但量子之間保持信息可辨認的傳輸距離卻是有限的，太遠了，它們之間有“對話”，但咱們聽不清楚。在提高量子通信實用傳輸距離的科研道路上，中國始終走在前面：2010年6月6日，中國量子通信實驗小組將信息傳輸了16千米的距離，創造了當時量子通信的新紀錄。

量子通信可達16千米，仍舊不能滿足實用要求。于是在16千米的基礎上，科學家繼續努力，要讓量子通信的距離越來越遠，可這個期望后來“破滅”了，因為科學家發現在自由環境中，量子通信距離存在一個極限，是100千米左右。100千米的傳輸距離雖然具有實用價值，但是要建設量子通信網絡，需要在地面上每隔100千米建設大量的傳輸基站。眾多基站會降低量子通信的效率和安全性，因為信號需要不斷在明文和密文之間多次轉換接力，每個基站容易出現信息安全漏洞，所以大量建設基站支持量子通信的方案被否決。

基站方案被否決之后，科學家就把建設量子通信網絡的厚望寄托到量子通信衛星身上。量子衛星可以把量子信息傳輸的距離擴大到數千千米，3顆量子衛星就能滿足在全球建立信號優良、安全無憂的量子信息通信網絡，讓信息高速安全地直達任意地方，所以說發射量子衛星是量子通信網絡建設的關鍵節點，誰擁有了量子衛星傳輸技術，誰就掌握了全球量子通信網絡建設的主動權。

大家注意嘍，中國發射的“墨子號”是全世界第一顆量子通信衛星，別家沒有喲。墨子是我國古代偉大的科學家，被稱為“科圣”，他最早提出光線沿直線傳播的理論，設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。用中國古代偉大科學家的名字命名量子衛星，為的是提升我們的文化自信。量子衛星的成功發射，標志著中國將成為量子通信界的先鋒，在以后量子通信網絡建設進程中，中國將擁有不可忽視的話語權和支配權。