通信安全是國家信息安全和人類經(jīng)濟社會生活的基本需求。千百年來，人們對于通信安全的追求從未停止。然而，基于計算復(fù)雜性的傳統(tǒng)加密技術(shù)，在原理上存在著被破譯的可能性。隨著數(shù)學(xué)和計算能力的不斷提升，經(jīng)典密碼被破譯的可能性與日俱增。

　　量子保密通信是唯一已知的不可竊聽、不可破譯的安全通信方式；2016年8月16日，中國成功發(fā)射首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”。

　　而日前中國科學(xué)院就在京召開新聞發(fā)布會對外宣布，“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星提前并圓滿實現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標，為中國在未來繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，聯(lián)合中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國家天文臺等，在中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持下，利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，在國際上首次成功實現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)。

　　兩項成果于8月10日同時在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。這是繼先前在國際上率先實現(xiàn)千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗的研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志之后，中國科學(xué)家利用“墨子號”量子衛(wèi)星實現(xiàn)的空間量子物理研究另外兩項重大突破。

　　中國科學(xué)院院長、黨組書記白春禮表示，“墨子號”開啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實驗檢驗的大門，為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點，成為了國際同行的標桿，實現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

　　通常認為，量子通信主要研究內(nèi)容包括量子密鑰分發(fā)（量子保密通信）和量子隱形傳態(tài)。

　　量子密鑰分發(fā)通過量子態(tài)的傳輸，在遙遠兩地的用戶共享無條件安全的密鑰，利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴格加密，這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全的通信方式。

　　“ 通俗來講，量子密鑰分發(fā)，就好比一個人想要傳遞秘密給另外一個人，需要把存放秘密的箱子和一把鑰匙傳給接收方。接收方只有用這把鑰匙打開箱子，才能取到秘密。沒有這把鑰匙，別人無法打開箱子，而且一旦這把鑰匙被別人動過，傳送者會立刻發(fā)現(xiàn)，原有的鑰匙作廢，再給一把新的鑰匙，直到確保接收方本人拿到。”潘建偉說。

　　外太空光信號損耗小，衛(wèi)星的輔助可以大大擴展量子通信距離

　　量子通信通常采用單光子作為物理載體，最為直接的方式是通過光纖或者近地面自由空間信道傳輸。如何實現(xiàn)安全、長距離、可實用化的量子通信，是該領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)和國際學(xué)術(shù)界幾十年來奮斗的共同目標。

　　中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員、量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程常務(wù)副總師、衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮王建宇說：“利用外太空幾乎真空因而光信號損耗非常小的特點，通過衛(wèi)星的輔助可以大大擴展量子通信距離。同時，由于衛(wèi)星具有方便覆蓋整個地球的獨特優(yōu)勢，是在全球尺度上實現(xiàn)超遠距離實用化量子密碼和量子隱形傳態(tài)最有希望的途徑。”

　　從本世紀初以來，該方向已成為了國際學(xué)術(shù)界激烈角逐的焦點。潘建偉團隊為實現(xiàn)星地量子通信開展了一系列先驅(qū)性的實驗研究。

　　為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)

　　此次完成的星地高速量子密鑰分發(fā)實驗是“墨子號”量子衛(wèi)星的科學(xué)目標之一。

　　潘建偉表示，這一重要成果為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為可信中繼，可以實現(xiàn)地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網(wǎng)（如合肥量子通信網(wǎng)、濟南量子通信網(wǎng)、京滬干線）互聯(lián)，可以構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)絡(luò)。

　　地星量子隱形傳態(tài)實驗是“墨子號”量子衛(wèi)星的另一個科學(xué)目標之一。彭承志說，這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)研究以及空間量子物理學(xué)和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。