“京沪干线”开启量子通讯时代

○简 旭

2016年8月，“墨子号”全球首颗量子科学实验卫星成功发射，并圆满完成了三大科学实验任务：量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态。“墨子号”开启了全球化量子通讯、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门，为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点。2017年9月4日，捷报再传，国家量子通讯保密干线“京沪干线”通过总技术验收，这意味着，“京沪干线”目前具备开通条件，我国在量子技术的实用化和产业化方面继续走在世界前列。在不久的将来，我们每个人都可以通过获取密钥实现百分百安全的量子通讯、网络购物等活动。

“京沪干线”使用了世界当前最前沿的量子加密技术。这一量子保密通信干线从北京出发，途经济南、合肥，到达上海，全线覆盖4省3市，于2016年全线贯通，全长2000多千米，是广域光纤量子通讯网络。

工作人员经过42个月的艰苦努力，突破了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控等系列工程化实现的关键技术，克服了施工难度大、协同协调复杂等难关，最终顺利完成了“京沪干线”全线贯通，并进行了大尺度量子保密通信技术试验验证，开展了远程高清量子保密视频会议系统和其他多媒体跨域互联应用研究，完成了金融、政务领域的远程或同城数据灾备系统、金融机构数据采集系统等应用示范。在半年多时间里，一直进行着各分系统的应用测试和720小时长时间稳定性测试。测试结果表明系统的各项技术性能指标均达到了设计要求，全线路密钥率大于20kbps，可满足数以万计用户的密钥分发业务需求。不久的将来，“京沪干线”将作为一条实用化和商用化的量子通讯骨干网络，向金融、电力、广电、政务等各行业开放。

同时，京沪干线北京接入点实现与“墨子号”量子科学实验卫星兴隆地面站的连接，全线密钥率大于5kbps，已形成星地一体的广域量子通讯网络雏形，大大扩展了“京沪干线”应用能力。

目前中国的量子通讯处于从技术验证和应用示范到商用化的过渡期。与其他国家相比，中国的量子通讯商用化有技术成熟度高，用户多样化、规模化的特点。目前量子通讯商业化主要集中在金融领域，因为金融行业对数据的安全性要求是非常高的。2017年3月，网上银行已经通过阿里云使用到了云上量子通讯加密服务。

量子通讯的商业化，一方面代表着中国在革命性高新技术的研发和转化上取得了突破性的进展；另一方面也为中国构建新型的信息安全体系、实现国家安全战略提供了得力的工具和有力的支撑。

那量子通讯真得能确保“天知地知、你知我知”吗？我们要想知道答案，就要先来了解一下目前的通讯技术和量子通讯技术的区别，没有比较就不容易得到真相。

在当前应用的通讯技术中，为了对通讯内容保密，需要用密钥对内容进行加密。譬如，发送方说：ABC，通过加密后在网络上传输的就是DEF，而接收方用密码进行解密，还原得到ABC。窃密的人拿到DEF这个信息是完全无用的。这种加密方法很依赖密钥，使用密钥存在两个问题：第一，一旦密钥被人拿到，解密就很简单。第二，如果密钥很简单，用高速电脑很容易强行破解。当前通讯所用的光纤网络有几亿个光子、几亿个电子，人们总是可以把它分出一点点来窃听它的状态，因而无法保证双方在发送密钥内容的过程不泄密。

用量子加密通讯就是在每次传输内容时使用不一样的密钥，这就解决了第一个问题。量子加密通讯还解决了另外一个问题：窃听问题。每次通讯前，通讯双方都要用量子技术沟通一下这次通讯的密码，这种通讯是不加密的，但不能被窃听。在目前的通讯技术里，商量密钥的这个过程也是不加密的，但光纤网络有几亿个光子、几亿个电子，人们总是可以把它分出一点点来窃听它的状态，一旦被监听到，任何加密都失去作用。而量子通信中有一个特点，即量子无法被复制。量子是一个最小的单位，无法对其进行分割。同时，根据量子纠缠理论，两个纠缠的量子一旦分开，不管相隔多远，一个量子发生变化，另外一个就会立即做同样的变化。量子通讯中任何观测、复制都会不可避免地影响到其物理状态。正是这样一些基本的量子物理原理，确保了量子通讯中的信息安全。

国际上普遍认为，量子技术是下一次技术革命的驱动力。中国在量子通讯技术与量子通讯产业化领域目前处于全面领先的地位。英国《自然》杂志撰文称，“中国在量子通讯领域已发展为世界劲旅，领先北美、欧洲和日本。”