央廣網記(ji)者?鶴佳(jia) 楊揚

據中央(yang)廣播電視總臺中國(guo)之聲《新(xin)聞(wen)超鏈接》報道，近(jin)日，知名學術(shu)期(qi)(qi)刊《自然·光子(zi)學》在線發表了來(lai)自中國(guo)科學技術(shu)大(da)學的一項(xiang)研究成果(guo)。中科大(da)郭光燦(can)院士(shi)團隊的韓正(zheng)甫教授(shou)及(ji)其合(he)作者，近(jin)期(qi)(qi)實現了833公里光纖量(liang)子(zi)密(mi)鑰分(fen)發，將量(liang)子(zi)密(mi)鑰分(fen)發安全傳輸距離世界紀錄(lu)提升了200余公里，向實現千公里陸基(ji)量(liang)子(zi)保密(mi)通信邁出重要(yao)一步。

量子密(mi)鑰(yao)(yao)(yao)分(fen)發(fa)基于(yu)量子物理的基本(ben)原理，在信息(xi)安全層面(mian)上提(ti)供了竊聽可感知的密(mi)鑰(yao)(yao)(yao)分(fen)發(fa)手段。如何延長光量子密(mi)鑰(yao)(yao)(yao)分(fen)發(fa)直接傳輸的安全距離(li)，是當前(qian)極具挑戰的難點和焦點之(zhi)一。

什(shen)么是量子保(bao)密通信(xin)？為(wei)什(shen)么要提高量子通信(xin)的傳輸距離？量子通信(xin)技術有何作用(yong)，可以應用(yong)于(yu)日常生活(huo)中嗎？

什么(me)是量子通(tong)信(xin)？量子密(mi)鑰在量子通(tong)信(xin)中起著何(he)種作用？

日常生活(huo)中的(de)通(tong)信(xin)(xin)是把(ba)(ba)人所看到的(de)圖像(xiang)轉(zhuan)變成(cheng)電信(xin)(xin)號或是光信(xin)(xin)號，通(tong)過光纜或者電纜將電信(xin)(xin)號或光信(xin)(xin)號傳至接(jie)收信(xin)(xin)號的(de)遠方，之后利(li)用一個測量裝備，再把(ba)(ba)電信(xin)(xin)號和光信(xin)(xin)號轉(zhuan)變成(cheng)聲音(yin)與圖像(xiang)。

在物(wu)(wu)理(li)學領域(yu)，學者們用(yong)物(wu)(wu)理(li)量來(lai)代表信息。這個物(wu)(wu)理(li)量可(ke)以(yi)被(bei)反復測量，每次測量出來(lai)的(de)(de)物(wu)(wu)理(li)量都(dou)是一致的(de)(de)，即(ji)每次讀出來(lai)的(de)(de)信息都(dou)一樣。

量(liang)子(zi)通(tong)信則是把傳(chuan)統(tong)通(tong)信的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)理量(liang)換(huan)成量(liang)子(zi)力學(xue)領域里獨有(you)的(de)(de)量(liang)子(zi)態。中國科(ke)(ke)學(xue)技術大學(xue)物(wu)(wu)(wu)理學(xue)院、中科(ke)(ke)院量(liang)子(zi)信息(xi)(xi)重點(dian)實驗室(shi)的(de)(de)韓正(zheng)甫教授表示，量(liang)子(zi)態不是常規的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)理量(liang)，典型特征是測不準，量(liang)子(zi)態每被測量(liang)一次(ci)都會(hui)產生變化，導致測量(liang)出來(lai)的(de)(de)結果(guo)不盡(jin)相同，無法(fa)確(que)保得(de)到的(de)(de)結果(guo)是我們想要的(de)(de)結果(guo)，但是合法(fa)的(de)(de)兩(liang)個通(tong)信者能夠通(tong)過協議得(de)到確(que)定的(de)(de)信息(xi)(xi)，因此利用(yong)量(liang)子(zi)態來(lai)代(dai)表信息(xi)(xi)可以有(you)效(xiao)防止(zhi)信息(xi)(xi)被竊聽。

量(liang)(liang)子密鑰是(shi)量(liang)(liang)子通信(xin)中保證通信(xin)過程(cheng)不(bu)被人竊聽的核心。

量子密(mi)(mi)鑰是一(yi)組(zu)隨機數(shu)(shu)。通信(xin)的雙方會共(gong)(gong)享一(yi)組(zu)一(yi)樣的量子密(mi)(mi)鑰。之(zhi)后用(yong)隨機數(shu)(shu)跟(gen)通訊內容(rong)(rong)做(zuo)(zuo)一(yi)個變換，使(shi)通訊內容(rong)(rong)成為(wei)亂(luan)數(shu)(shu)。合法(fa)的通信(xin)者事(shi)先已經共(gong)(gong)享了密(mi)(mi)鑰，因(yin)此合法(fa)接收者收到亂(luan)數(shu)(shu)之(zhi)后可以利用(yong)密(mi)(mi)鑰做(zuo)(zuo)反向(xiang)變化，將信(xin)息(xi)從亂(luan)數(shu)(shu)中提取出來。而竊聽者由(you)于沒有密(mi)(mi)鑰，得到的只是一(yi)堆亂(luan)數(shu)(shu)，無法(fa)獲得有效(xiao)信(xin)息(xi)。

為何要提高(gao)量子密(mi)鑰分(fen)發(fa)(fa)距(ju)離？如何提高(gao)量子密(mi)鑰分(fen)發(fa)(fa)距(ju)離？

與傳(chuan)統通(tong)訊(xun)相比，量子(zi)通(tong)信(xin)的(de)優勢(shi)在于安全性，但是(shi)它也(ye)有一(yi)(yi)個弱點(dian)，隨著傳(chuan)輸距離增(zeng)長，量子(zi)通(tong)信(xin)的(de)傳(chuan)輸速度會逐漸降低，一(yi)(yi)旦傳(chuan)輸速度接近于0，傳(chuan)輸無效(xiao)。傳(chuan)輸距離是(shi)量子(zi)通(tong)信(xin)領(ling)(ling)域中一(yi)(yi)個非常重要的(de)指(zhi)標，通(tong)過(guo)各種手段提升該指(zhi)標是(shi)國際(ji)各國在量子(zi)通(tong)信(xin)領(ling)(ling)域爭奪的(de)重要方向。

國外目前量子通信(xin)最(zui)長傳(chuan)輸(shu)距離(li)是605公里(li)(li)，但605公里(li)(li)其(qi)實(shi)并(bing)不是真(zhen)實(shi)的傳(chuan)輸(shu)距離(li)，其(qi)中的100多公里(li)(li)是用模(mo)擬的辦法做(zuo)出來的，單就(jiu)傳(chuan)輸(shu)距離(li)而言，我(wo)國量子通信(xin)的傳(chuan)輸(shu)距離(li)比世界(jie)紀(ji)錄多出300多公里(li)(li)。

不(bu)論是(shi)經典信(xin)(xin)(xin)號還是(shi)量(liang)子信(xin)(xin)(xin)號，信(xin)(xin)(xin)號在傳輸的過(guo)程(cheng)中(zhong)都會隨(sui)著傳輸距離(li)的增(zeng)長而(er)衰減。如(ru)果信(xin)(xin)(xin)號衰減到測(ce)(ce)量(liang)手(shou)段的極限以下，則無法通過(guo)測(ce)(ce)量(liang)得到信(xin)(xin)(xin)息，傳輸無效。測(ce)(ce)量(liang)的極限由噪聲決定，如(ru)果信(xin)(xin)(xin)號比(bi)噪聲小，測(ce)(ce)量(liang)得到的主要(yao)就是(shi)噪聲而(er)非信(xin)(xin)(xin)號。因此提(ti)升信(xin)(xin)(xin)噪比(bi)成為增(zeng)加(jia)傳輸距離(li)的關鍵技(ji)術(shu)難點和技(ji)術(shu)指標。

提升信(xin)噪比主要有(you)兩種(zhong)(zhong)手段(duan)。第一(yi)種(zhong)(zhong)是(shi)讓兩邊(bian)的傳輸(shu)信(xin)號保持高(gao)度(du)(du)一(yi)致(zhi)，在傳輸(shu)過程中利(li)用反(fan)饋控制等手段(duan)抑(yi)制噪聲(sheng)，提高(gao)信(xin)噪比。光(guang)纖傳輸(shu)路(lu)徑中所耦合進來(lai)的各(ge)種(zhong)(zhong)干擾(rao)也在很大程度(du)(du)上影響(xiang)信(xin)噪比。因此第二種(zhong)(zhong)手段(duan)就(jiu)是(shi)將干擾(rao)屏(ping)蔽在信(xin)號以外(wai)，或是(shi)只產(chan)生(sheng)絕(jue)對的干擾(rao)，不產(chan)生(sheng)相對的干擾(rao)，這樣就(jiu)能得到更高(gao)的信(xin)噪比。

量(liang)子(zi)保密通信對我(wo)們(men)有(you)什么意(yi)義？

量(liang)(liang)子(zi)保密通信的重點(dian)不在(zai)于“量(liang)(liang)子(zi)”，而在(zai)于“保密”。

從國(guo)家層面(mian)來說，量(liang)子(zi)保密通(tong)(tong)信(xin)技(ji)術的(de)發展可以(yi)提高(gao)國(guo)家的(de)信(xin)息安全(quan)水(shui)平。但量(liang)子(zi)通(tong)(tong)信(xin)技(ji)術目(mu)(mu)前在民間(jian)并(bing)沒有大范圍(wei)普及應(ying)(ying)用。全(quan)國(guo)性的(de)量(liang)子(zi)通(tong)(tong)信(xin)網絡尚未建(jian)立(li)，相關的(de)消(xiao)費成本也(ye)(ye)十(shi)分高(gao)昂，無(wu)法提供(gong)人對(dui)人的(de)產品和服(fu)務。量(liang)子(zi)通(tong)(tong)信(xin)技(ji)術出現后如何應(ying)(ying)用于(yu)公(gong)民的(de)日常生活，這(zhe)一問題目(mu)(mu)前還屬于(yu)探索階段，量(liang)子(zi)通(tong)(tong)信(xin)技(ji)術的(de)日常應(ying)(ying)用也(ye)(ye)尚未得到市(shi)場的(de)完全(quan)加持。

韓正(zheng)甫表示，國內已經(jing)有許多廠家在(zai)生產量子(zi)通信的設備(bei)。雖然目前還沒達(da)到全民普(pu)及量子(zi)通信技(ji)術的程度，但量子(zi)通信技(ji)術的儲備(bei)是必(bi)要的，未(wei)來若有機會大規(gui)模(mo)鋪(pu)展該技(ji)術，我國也(ye)能(neng)夠提供堅實(shi)的技(ji)術保(bao)障。

轉載自(zi)中國科技網    ;