http://wallstreetcn.com/node/258462 第二次“量子革命”到来 中国已将对手远远甩在了身后 文 / 刘晓翠 2016年08月17日 15:32:24 23 昨天下午，中国成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，这将中国在量子通信领域的探索推向了世界最前沿。目前量子通信是我国少有的具有国际领先水平的自主创新技术。 这颗卫星的特别之处在于，其搭载的密钥技术将使中国在信息安全领域遥遥领先其他国家。在黑客横行、信息泄露猖獗的时代，量子科学为信息安全提供了“终极武器”。 新华社援引量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。 对于这一事件，外媒罕见高调赞赏中国的量子通信成就，《华尔街日报》直接给出了这样的大标题： 其在文章中对中国量子卫星赞赏有加： 在当今这个网络间谍大行其道的时代，凭借此次发射，中国还将在获得一项令人高度垂涎的资产方面取得远远领先于其全球竞争对手的优势。这项资产就是：防黑客通讯技术。 这一量子卫星项目是中国一项耗资上百亿美元战略项目的一部分，这个战略项目已实施了20多年，其目的是要让中国在自然科学研究领域赶上甚至超越西方。 身为量子物理学家的日内瓦大学教授Nicolas Gisin说，在研制量子卫星方面一直存在着一场国际竞赛， 中国很有可能将赢得这场比赛。他说，量子卫星的成功发射再次显示，中国有能力实施雄心勃勃的大项目，并能实现预定目标。 英国《金融时报》在报道中亦提及： 中国此前的空间项目是对美国和俄罗斯数十年前的空间项目成果的复制。相较之下，这颗卫星如果能够成功，将使中国走在一项新技术的前沿。 该项目是“量子科技的里程碑事件”，荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)的量子研究者罗纳德•汉松(Ronald Hanson)表示，“通过这次发射，中国成为引领全球量子通信网络发展的先锋。” 五年磨一剑 根据官方信息，该项目2011年12月立项，主要的科学目标一是进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，在空间尺度验证量子力学理论。 简而言之，一方面科研人员将对卫星发射光粒子，以观察量子物理是否能够实现远程通信的安全加密。另一方面科研人员将在这个超大型的实验室中检验量子纠缠理论，如果能够实验成功，理论上终极安全的通信技术将成为现实。 中国在量子通信领域的发展自然离不开国家层面的支持。2016年3月《第十三个五年规划纲要》发布，列出未来五年中国计划实施的100个重大工程及项目，其中量子通信和天地一体化信息网被列入前十大项目。 渤海证券分析师徐勇点评写到： 此次量子卫星迈出量子通信网络建设关键的一步。作为世界首颗量子科学实验卫星，发射升空之后将会进行量子通信实验。未来在轨运行的两年时间里，它将配合地面的五个台站，进行大量工作，并将建立一个极其安全的全球通信网络。 什么是量子通信？ 对于这个问题，《华尔街日报》的一段描述非常生动： 量子加密是任何运算能力强大的计算机都无法破译的，因为由量子粒子传递的信息只要一被外界试图截获就会被摧毁。日内瓦密码技术公司ID Quantique的联合创始人Gregoir Ribordy将量子通讯比作发送一则写在肥皂泡上的信息。他说，如果有人想在这则信息被传输时拦截它，只要一触碰它，就会把“肥皂泡”捅破。 更专业的解释来自招商证券通信行业分析师王林、周炎： 在解释量子通信之前，先介绍一下量子通信的基本原理——量子纠缠。量子纠缠简单来说是指具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，则另一个也会瞬间发生改变。 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，所涉及的研究内容包括量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。量子通信按照传输的信息是经典信息还是量子信息可以分为两类：一类是量子隐形传态，具体是指利用“量子纠缠”效应直接传输量子信息；另一类是量子密钥分发，也被称为量子保密通信。它是利用量子态的不可克隆特性来生产量子密码，通过经典信息加密来解决通信过程中可能存在的安全问题。目前，量子密钥分发技术已经基本成熟，正在走向产业化应用阶段。 需要指出的是，量子密钥分配光纤网络上传送的是单个光子序列，所以数据传输速度远远低于普通光纤通信网络，它不能用来传送大量的数据文件和图片。量子密钥分配光纤网络是专门用来传送对称密码体制中的密钥，当通信双方交换并确认共享了绝对安全的密钥后，在用此密钥对大量数据加密，然后在不安全的高速网络上传送。由于量子不可克隆、不可分割，量子通信是迄今为止唯一被严格证明绝对安全的通信方式，并在国防、金融等对保密性要求较高的领域具有重要的应用。 为什么要发射量子通信卫星？ 上述报告提到，陆地量子通信基于光纤传输，但光纤存在固有的光子损耗、与环境的耦合会使纠缠品质下降等问题，因此光量子传输难以通过光纤向远距离拓展。若在近地面自由空间通道传输，则又会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响，使得光量子传输难以在地面自由空间中向远距离拓展。 《自然》杂志7月一篇报道指出，当前成功的量子通信项目中，其极限距离只有300公里。“光子通过光纤缆线或空气时会变得零散或被吸收，在保存光子脆弱的量子态之余要放大信号是极其困难。” 但光子穿透整个大气层后却可以保留80%左右，再利用卫星的中转，就可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。 如此来看，卫星通信的优势在于：1）克服地表曲率、没有障碍物的阻碍；2）大气对某些波长的光子吸收非常小；3）大气能保持光子极化纠缠品质；4）外太空无衰减和退相干。以上特质，使得卫星通信成为远距离光量子传输的必由之路。 另外，“诞生百年的量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验，但却从未在太空尺度验证过。量子理论的各种奇异现象在太空中是否还存在？量子纠缠和隐形传输是否可以延伸到星地之间？这些都需要卫星去验证。”新华社文章称。 全球竞赛 中国后来居上 在量子通信的国际赛跑中，中国属于后来者。官媒表示，经过多年的努力，中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技术方面也走在了世界前列，建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。 届时国内将初步形成广域量子通信体系。2020年计划实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，2030年建成全球化的广域量子通信网络，与地面量子干线配合将带动更多应用需求。 而此次卫星发射的主要目标是建立星地量子信道，在此之后，还会有更多量子卫星发射升空。届时我国将初步构建天地一体化的广域量子通信体系。 目前国际上对于量子信息技术的竞争不断加剧。新华社提到，今年以来，欧美纷纷提出“第二次量子革命”计划，加大基础研究和产业发展方面的投入。 欧洲起步较早、实力强大。2013年，英国政府发布为期5年的量子信息技术专项，投入2.7亿英镑用于量子通信和量子计算等方面的研究成果转化为新应用和新产业；2015年欧盟发布量子安全白皮书，同年年底，欧盟再次采取大规模国际合作，推出用于发展量子信息技术的“欧洲量子科学技术”计划和《欧洲量子信息处理与通信》计划。 今年3月，欧盟委员会发布《量子宣言（草案）》，计划于2018年启动10亿欧元的量子技术项目。其中在量子通信方面，规划5年内突破量子中继器核心技术，实现点对点安全量子通信。10年内实现远距离量子网络、量子信用卡应用等，目标融合量子通信与经典通信，“保卫欧洲互联网安全”。 美国则是将“量子跃迁”作为“6大科研前沿”之一，认为人类正站在下一代量子革命的门槛上，量子力学正在导致变革性技术，必须加大投入促进交叉性基础研究。 至于中国此类项目耗资多少，依然是个未知数。《华尔街日报》指出，中国2015年用于基础科学研究的资金达到1010亿美元，远远高于2005年时的19亿美元。这些资金中有一部分就用于量子物理领域。 而英国《金融时报》则介绍，通过位于北京的国家自然科学基金委员会(NSFC)投入到基础科学研究的资金在2015年升至约100亿美元，这依然远远落后于美国，后者在2015年为基础科学研究编制的预算为1310亿美元。
转帖这篇文章的价值不在标题和前面的内容，价值在文章里对量子加密和量子通信的基础概念的介绍。 从量子加密和量子通信的基础概念的介绍看，量子通信并不像之前想象的那么安全和无弱点。量子通信的安全性来自量子加密的特性——量子加密是任何运算能力强大的计算机都无法破译的，因为由量子粒子传递的信息只要一被外界试图截获就会被摧毁。日内瓦密码技术公司ID Quantique的联合创始人Gregoir Ribordy将量子通讯比作发送一则写在肥皂泡上的信息。他说，如果有人想在这则信息被传输时拦截它，只要一触碰它，就会把“肥皂泡”捅破。而量子通信的安全性取决于——量子密钥分配光纤网络是专门用来传送对称密码体制中的密钥，当通信双方交换并确认共享了绝对安全的密钥后，在用此密钥对大量数据加密，然后在不安全的高速网络上传送。由于量子不可克隆、不可分割，量子通信是迄今为止唯一被严格证明绝对安全的通信方式。 所以量子通信安全性和弱电有2个方面，一个是传统意义上的交换和保存密钥的安全，虽然利用量子加密的安全特性可以在传输中保证密钥的安全，但安全送达的密钥在发送方和接收方依旧存在传统意义上的保存安全的传统问题！如果在发送方或接收方的任何一方发生密钥的泄密，那量子通信依然是不安全的，量子通信只是解决了一个安全传输的问题。 量子通信的弱点——也因为量子加密的安全特性，量子粒子传递的信息只要一被外界试图截获就会被摧毁，那通过不断的企图截取量子粒子的传输的“攻击”手段，不是也就是达到阻塞量子通信使用方成功发送密钥的目的了？！如果能干扰破坏密钥的安全传输，使得你无法传输接收到需要的密钥，不也就达到破坏量子通信的作用了？！
这两个不算缺点： 所以量子通信安全性和弱电有2个方面，一个是传统意义上的交换和保存密钥的安全，虽然利用量子加密的安全特性可以在传输中保证密钥的安全，但安全送达的密钥在发送方和接收方依旧存在传统意义上的保存安全的传统问题！如果在发送方或接收方的任何一方发生密钥的泄密，那量子通信依然是不安全的，量子通信只是解决了一个安全传输的问题。 【comment】量子通信本身就是解决的通信安全问题。 发送端/接受端的问题一直都存在， 除非都改成量子计算机。 量子通信的弱点——也因为量子加密的安全特性，量子粒子传递的信息只要一被外界试图截获就会被摧毁，那通过不断的企图截取量子粒子的传输的“攻击”手段，不是也就是达到阻塞量子通信使用方成功发送密钥的目的了？！如果能干扰破坏密钥的安全传输，使得你无法传输接收到需要的密钥，不也就达到破坏量子通信的作用了？！[/QUOTE] 【comment】这个是没有办法的， 不断企图获取量子粒子是一种硬件破坏。 就像你破坏了光纤一样， 指望还能继续正常通信是不现实的。