中国成功从太空发送不可破解密码
新华社记者喻菲
中国“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次成功实现从卫星到地面的高速量子密钥分发，为建立最安全保密的全球量子通信网络奠定可靠基础。
“墨子号”的这一成果发表在8月10日出版的国际权威学术刊物《自然》杂志上。《自然》杂志的审稿人称赞星地量子密钥分发成果是“令人钦佩的成就”和“本领域的一个里程碑”。
传输效率极高
量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说，“墨子号”量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，河北兴隆与新疆南山地面站分别接收的方式，在北京和乌鲁木齐之间建立了量子密钥。
据介绍，“墨子号”过境时与地面光学站建立光链路，通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级（万亿亿倍）。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子，一次过轨对接实验约10分钟可生成300kbit的安全密钥，平均成码率可达每秒1.1kbit。
“这样的密钥发送效率可以满足绝对安全的打电话或银行传输大量数据的需求。”潘建伟说。
他说，这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。以星地量子密钥分发为基础，将卫星作为可信中继，可以实现地球上任意两点的密钥共享，将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球。此外，将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网（如合肥量子通信网、济南量子通信网、京沪干线）互联，可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络。
通信绝对安全
通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求，也是当代世界的难题。窃听、反窃听；加密、解密……这些密码学中的矛与盾处于恒久的博弈之中。
有没有绝对安全的保密通信，让窃听、破译者无计可施？所幸的是，量子物理提供了解决这一问题的办法。
专家介绍，与经典通信不同，量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密，这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。
潘建伟说，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量，其自身状态就会立刻发生改变。截获量子密钥的人只能得到无效信息，而信息的合法接收者则可以从量子态的改变中得知量子密钥曾被截取过。将量子密钥应用于量子通信中，就是量子保密通信。与传统通话方式相比，量子保密通信采用的是“一次一密”的工作机制，通话期间，密码机每分每秒都在产生密码，一旦通话结束，这串密码就会立即失效，且下次通话不会重复使用。
潘建伟打了个比方，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。
从太空突破极限
他说，量子通信通常采用单光子作为物理载体，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。但是，这两种信道的损耗都随着距离的增加而指数增加。由于量子不可克隆原理，单光子量子信息不能像经典通信那样被放大，这使得之前的量子通信的局限在百公里量级。
潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究。2012年，潘建伟领衔的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态，充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。2013年，中科院联合研究团队在青海湖实现了模拟星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发实验，全方位验证了卫星到地面的量子密钥分发的可行性。随后，该团队经过艰苦攻关，克服种种困难，最终成功研制了“墨子号”量子科学实验卫星。“墨子号”于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空，经过4个月的在轨测试，今年1月18日正式交付开展科学实验。
量子通信在国防、军事、金融等领域应用前景广阔。有专家预测，量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。量子通信因其传输高效和绝对安全等特点，被认为是下一代通信和计算机技术的支撑性研究，也已成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。
据新华社北京8月10日电
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