星际旅行或将不再是梦

星际旅行或将不再是梦

量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开“信件”，量子密钥会让“信件”自毁，并让使用者知晓。

8月16日凌晨，我国发射的世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”顺利升空，中国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家，迈出量子通信网络建设的第一步。到今年年底，“京沪干线”项目将会完工，这条干线能够完全保障通信安全，即便国外技术手段再先进，也无法破解中国的量子密钥分配技术。

该怎么理解“量子”

量子是构成物质的基本单元，是能量的最基本携带者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小单元，不存在“半个光子”，同理，也不存在“半个氢原子”“半个水分子”等等。量子世界中有两个基本原理：

——量子叠加，就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。

——量子纠缠，类似孙悟空和他的分身，二者无论距离多远都“心有灵犀”。当两个微观粒子处于纠缠态，不论分离多远，对其中一个粒子的量子态做任何改变，另一个会立刻感受到，并做相应改变。

机器人都是预先设置好程序的，而人是有意识和自由意志的。研究发现，人脑中的思维机制与量子叠加、量子纠缠或许存在相似之处。所以也有学者认为，未来可望创造出与人脑一样运行的人工智能机器人。

真到这种程度，机器与生物之间的界限已经非常模糊。这目前还只是一种畅想，未来究竟怎样还得拭目以待。

此外，“量子态隐形传输”也在研究之中，它是基于量子叠加和量子纠缠的特性，就是甲地某一粒子的未知量子态，可以在乙地的另一粒子上还原出来。其实传输的是粒子的量子态，而不是粒子本身。这种状态传送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬间移动”。

现在，在光子、原子等层面已经实现了量子态隐形传输。电影里“大变活人”在原理上是允许的，但目前还远远做不到。因为科幻电影里人的传送，不仅需要把人的实体部分的大量原子、分子传送，并且严格按照原来的相对位置重新排列起来，更何况重现意识和记忆就更复杂了。

不过，随着科学的发展和技术的进步，也许未来我们还是可以实现人的量子隐形传态，到那时星际旅行便不再是梦。

通信“绝对安全”，能改写二战历史

说到量子通信的“绝对安全”，必须说说传统通信加密方法的不安全。比如在二战时期，日本海军所有单位使用同一套密码本，密码都是规定死的，一旦对战一方缴获密码本或者破解了部分密码，日军各单位之间用密码传输的军事机密也就不再是机密了。美军就是破解了这个密码，成功摸清了日军海军总司令山本五十六的行踪并将其击毙。

到了现代通信中，人们陆续使用DES、AES、RSA等加密算法，但是说白了，它们的难以破解主要是依赖复杂的算法，普通计算机无法算出所有的可能性，也就破解不出来。随着计算能力的不断提高，尤其是计算能力超乎想象的量子计算机，在复杂的算法要破解也是分分钟的事。

量子计算便如可攻破一切传统保密系统的“利矛”。同样源自量子理论的量子通信技术又为保密提供了新手段。

量子通信则是对传统通信方式的一场颠覆，因为它传输的不是数字，而是光粒子。“墨子”要做的“量子密钥”分发实验，就是将数字密钥储存在特殊的量子信息中，并在量子通信线路中传输。在这个过程中，量子卫星发射的每一个光子的方向都是随机的，只要方向不对，传输就可能出错进而失败，也就是说接收方接到的是一连串有对有错随机排列的东西。等整个量子通信结束后，卫星再和接收方联系一下，删掉那些传输失败的部分，剩下的就是这次量子通信中随机产生的密码。

打了个比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开“信件”，量子密钥会让“信件”自毁，并让使用者知晓。量子通信可从根本上、永久性解决信息安全问题，成为保密领域新的“坚盾”。

目前，不论是基于民用还是军用的互联网，全世界13个根服务器没有一个在中国。这是我国的网络信息安全最大的威胁。每天互联网留存的数据都在国外的服务器上转换，从根本上讲，我们的数据信息无保密性可言。如果我们通过量子卫星和量子通讯的突破，解决了最根本的通讯安全问题。那不论是从国家安全方面来说，还是国防，都会得到很大的帮助。另外从民用角度，如果我们广泛使用量子通讯技术，那目前的一些网络诈骗之类的问题也就可以得到有效的遏制。

10年后走进我们的生活，不再怕网银被盗

被称为“京沪干线”的地面量子通信网络，是“天地一体化”量子通信网络的地面组成部分。对于“京沪干线”的建设原理，潘建伟解释道：在建设地面量子通信网络的工程中，主要的应用都集中在城市范围内，将城市之间的城域网连接起来实现城际量子通信非常关键。

据介绍，目前的技术仅能够达到点对点百公里量级的量子通信，所以就需要通过建立可信任的中继站点来起到信息中转的作用，连接相距数百公里两个城市的量子通信网络。已经建立起来的北京、济南、合肥、上海四个量子通信城域网，将在可信中继的帮助下，通过光纤串联起来，构成量子通信的“京沪干线”。

量子保密通信“京沪干线”将在2016年下半年全线开通，将应用于金融、电子、政务等多方面领域的信息传输。比如，科学家可以用量子通信构建“量子互联网”，所有语音、文字、视频、图片都使用这种安全网络传输，不用你的各种小秘密被其他人窃听。如果用在金融机构，银行可以给每个用户配备独一无二的“量子身份证”，密码被盗、银行卡被盗刷、手机支付被黑等情况将基本灭绝。量子通信技术还可以走进家家户户，在家里安装上相关设备，连水表电表数据、订阅了什么电视频道等等，都可以实现保密。

如果“墨子”能顺利完成任务，科学家们将继续发射更多颗量子卫星，它们将与地面量子通信干线一起，形成“天地一体”、覆盖全球的量子通信安全网络，届时政府、军队和银行，乃至全社会都将获益。

据设想，量子通信有望在10年左右的时间走进千家万户，每家每户的网上银行、网络支付、手机支付等，都能享受到量子通信所带来的安全性保障。到2030年左右，中国力争率先建成全球化的广域量子保密通信网络。就像计算机曾经做到的一样，改变这个世界。

（《国际先驱导报》2016.8.18、新华网2016.8.16等）