揭秘量子通信：不可破译的通信方式

　　量子保密通信已经实现工程化、产业化，不久将兴起量子信息产业。

　　保密通信是一个十分重要的科学研究领域，有着十分悠久并且充满神秘的历史，它随着技术的发展和进步不断得到提高和完善。时至今日，究竟有没有一种绝对不可破译的保密方式，能让传送的信息绝对安全可靠？

　　量子通信，就是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。那么，究竟什么是“量子通信”？它的技术路径选择是怎样的？中国量子通信领域目前的发展成果有哪些？它的潜在应用和未来前景怎样？下面就让我们问专家，访企业，一起揭开量子通信的神秘面纱。

　　量子通信究竟“神”在哪儿

　　当你从远处观看电脑屏幕时，你会发现，电脑中的画面都是连续不断的；然而，当你用放大设备仔细观察屏幕时，那些连续不断的画面都是由一粒粒最小单位的“像素点”构成的。

　　量子也是如此。它听起来很神秘，但却每天无时无刻不充斥在我们身边，比如我们日常生活中常见的光，就是由大量光量子组成的。在微观领域中，某些物理量的变化是以最小的单位跳跃式进行，并不是连续进行的。而量子就像电脑屏幕中的最小“像素点”一样，它是能量中的最小单位。

　　“量子通信是指利用量子力学基本原理或基于物质量子特性的通信技术。它是结合量子技术与现代通信技术的一种新兴通信技术，在理论上可实现无条件安全的链路数据传输，被认为是保障未来通信安全最重要的技术手段。”北京邮电大学智能网络安全实验室主任李剑认为。

　　而在清华大学物理系教授王向斌看来：“量子通信，简单地说，就是基于光的单量子态实现的通信手段，以完成经典通信手段无法完成的通信任务，例如保密性任务等。”

　　中科院院士、国家科技部“973”项目首席科学家、中国科技大学教授郭光灿告诉记者，整个量子通信中，具有短期内实际应用潜能的是量子保密通信，这其中最有用的部分就是量子密钥分发。

　　“通过传输光的单量子态获取的密钥（即秘密随机数）为量子密钥。所谓秘密随机数，就是除了通信双方外，任何第三者都无从知道的随机数。”王向斌说。

　　而经典通信使用最广泛的公钥密码，最典型的要数假定大型数据分解的数学难题。但是，随着计算能力的不断提高，特别是未来量子计算机的渐行渐近，这种数学难题的复杂性就迎刃而解了，经典保密通信基于的数学方法并不能获得严格的数学证明。“而量子保密通信最大卖点之一就是它的安全性获得了严格的数学证明，这也可以从其基本的量子力学的基本原理来解释。”郭光灿表示。

　　李剑表示，目前我国已将以量子通信系统为核心的量子调控技术列入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中重大研究计划。我国从2001年开始，在科技部“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金重点项目、中科院知识创新工程重大项目的前瞻性支持下，量子通信科研方面取得了许多重要研究成果。

　　量子通信的技术路径选择是怎样的

　　是否有必要走一条全新的量子通信技术路线？记者采访的多位专家、学者表示，从目前的实际情况来看，将量子通信网络与现有网络进行融合是其最优的发展战略。互联网在最初设计时并没有全面深入地考虑其自身的安全性，这是造成现今网络安全问题十分突出的主要原因之一。

　　“走量子通信与经典通信的融合发展之路是基于技术上的考虑，而不是基于经济层面的考虑。”郭光灿认为，量子通信极强的保密性是基于量子密钥技术而实现的，密钥也是基于量子的特殊性而研发的，而其他通信方面的技术与传统经典通信差异不大。

　　中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员于渌在接受本报记者采访时表示：“量子通信从原理走上小范围专用问题的实用化，是现在全世界都在努力的方向。中国的起步不错，也有很好的学术带头人，下一步的发展就是明确定位的问题。这其中，十分重要的一方面就是要注意将量子通信与现有的传统通信相互融合，要善于借鉴现有的通信技术来发展量子通信技术。”

　　多位专家认为，量子通信和经典网络的融合需要解决物理层和组网技术、中继技术和通信应用技术等方面的相互融合问题。由于传统的光通信可能在未来很长一段时间内仍然是主要通信技术手段，因此，在光通信网络上实现量子通信网络，将是双方融合的基础。

　　在现实的量子通信中，量子通信与现有传统通信的融合是一个相互“取长补短”的过程。“量子通信不会完全取代现有的通信技术，而是在现有的技术上在物理层、网络层、应用层三方面将两者进行完美融合。”郭光灿告诉记者。

　　郭光灿进一步解释，从物理层来说，可以从光源、探测器和信道方面考虑。“在网络层方面，我们可以采取独立的信道和统一的网络结构，也可以用一根光纤既传递量子信号又传递经典信号。”

　　而在应用层面，郭光灿建议，量子通信可以同现有的互联网安全协议相结合，用量子密码来替换现有协议中的初始密码。他表示，这样既可以得到更可靠的安全性，也可以保持较高的通信速率。他举例说：“我们用量子密码生成种子密钥，然后用传统的经典方法进行扩张，这样既可以保证种子密钥的可靠安全，同时也可以保证较高的通信效率。”

　　中国量子通信发展成果有哪些

　　古人在信封上用火漆封口，信件一旦在运输途中被拆开，便会留下“泄密”的痕迹。不难理解，量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底：一旦有人试图打开信件，量子密钥会让信件自动销毁，并让使用者获知情况。由此来看，拥有这项技术成果对我国科学技术发展影响巨大。而事实上，在量子通信领域，我国已是世界上最有发言权的仅有的几个国家之一，成果斐然。

　　“在不需要中继的情况下，我国的量子通信技术可以在200多公里的距离上保证通信安全。在这一层面，我国是在世界上领先的。”郭光灿坦言，这项技术应用到实际层面上，安全距离可达100多公里，“我国与美国、欧洲、日本等科技发达国家水平相当”。