“京滬干線”開啟量子通訊時代

○簡 旭

2016年8月，“墨子號”全球首顆量子科學實驗衛星成功發射，并圓滿完成了三大科學實驗任務：量子糾纏分發、量子密鑰分發、量子隱形傳態。“墨子號”開啟了全球化量子通訊、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門，為中國在國際上搶占了量子科技創新制高點。2017年9月4日，捷報再傳，國家量子通訊保密干線“京滬干線”通過總技術驗收，這意味著，“京滬干線”目前具備開通條件，我國在量子技術的實用化和產業化方面繼續走在世界前列。在不久的將來，我們每個人都可以通過獲取密鑰實現百分百安全的量子通訊、網絡購物等活動。

“京滬干線”使用了世界當前最前沿的量子加密技術。這一量子保密通信干線從北京出發，途經濟南、合肥，到達上海，全線覆蓋4省3市，于2016年全線貫通，全長2000多千米，是廣域光纖量子通訊網絡。

工作人員經過42個月的艱苦努力，突破了高速量子密鑰分發、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網絡管控等系列工程化實現的關鍵技術，克服了施工難度大、協同協調復雜等難關，最終順利完成了“京滬干線”全線貫通，并進行了大尺度量子保密通信技術試驗驗證，開展了遠程高清量子保密視頻會議系統和其他多媒體跨域互聯應用研究，完成了金融、政務領域的遠程或同城數據災備系統、金融機構數據采集系統等應用示范。在半年多時間里，一直進行著各分系統的應用測試和720小時長時間穩定性測試。測試結果表明系統的各項技術性能指標均達到了設計要求，全線路密鑰率大于20kbps，可滿足數以萬計用戶的密鑰分發業務需求。不久的將來，“京滬干線”將作為一條實用化和商用化的量子通訊骨干網絡，向金融、電力、廣電、政務等各行業開放。

同時，京滬干線北京接入點實現與“墨子號”量子科學實驗衛星興隆地面站的連接，全線密鑰率大于5kbps，已形成星地一體的廣域量子通訊網絡雛形，大大擴展了“京滬干線”應用能力。

目前中國的量子通訊處于從技術驗證和應用示范到商用化的過渡期。與其他國家相比，中國的量子通訊商用化有技術成熟度高，用戶多樣化、規模化的特點。目前量子通訊商業化主要集中在金融領域，因為金融行業對數據的安全性要求是非常高的。2017年3月，網上銀行已經通過阿里云使用到了云上量子通訊加密服務。

量子通訊的商業化，一方面代表著中國在革命性高新技術的研發和轉化上取得了突破性的進展；另一方面也為中國構建新型的信息安全體系、實現國家安全戰略提供了得力的工具和有力的支撐。

那量子通訊真得能確保“天知地知、你知我知”嗎？我們要想知道答案，就要先來了解一下目前的通訊技術和量子通訊技術的區別，沒有比較就不容易得到真相。

在當前應用的通訊技術中，為了對通訊內容保密，需要用密鑰對內容進行加密。譬如，發送方說：ABC，通過加密后在網絡上傳輸的就是DEF，而接收方用密碼進行解密，還原得到ABC。竊密的人拿到DEF這個信息是完全無用的。這種加密方法很依賴密鑰，使用密鑰存在兩個問題：第一，一旦密鑰被人拿到，解密就很簡單。第二，如果密鑰很簡單，用高速電腦很容易強行破解。當前通訊所用的光纖網絡有幾億個光子、幾億個電子，人們總是可以把它分出一點點來竊聽它的狀態，因而無法保證雙方在發送密鑰內容的過程不泄密。

用量子加密通訊就是在每次傳輸內容時使用不一樣的密鑰，這就解決了第一個問題。量子加密通訊還解決了另外一個問題：竊聽問題。每次通訊前，通訊雙方都要用量子技術溝通一下這次通訊的密碼，這種通訊是不加密的，但不能被竊聽。在目前的通訊技術里，商量密鑰的這個過程也是不加密的，但光纖網絡有幾億個光子、幾億個電子，人們總是可以把它分出一點點來竊聽它的狀態，一旦被監聽到，任何加密都失去作用。而量子通信中有一個特點，即量子無法被復制。量子是一個最小的單位，無法對其進行分割。同時，根據量子糾纏理論，兩個糾纏的量子一旦分開，不管相隔多遠，一個量子發生變化，另外一個就會立即做同樣的變化。量子通訊中任何觀測、復制都會不可避免地影響到其物理狀態。正是這樣一些基本的量子物理原理，確保了量子通訊中的信息安全。

國際上普遍認為，量子技術是下一次技術革命的驅動力。中國在量子通訊技術與量子通訊產業化領域目前處于全面領先的地位。英國《自然》雜志撰文稱，“中國在量子通訊領域已發展為世界勁旅，領先北美、歐洲和日本。”