量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。作為新一代通信技術(shù)，量子通信基于量子信息傳輸?shù)母咝Ш徒^對(duì)安全性，成為近幾年來國(guó)際科研競(jìng)爭(zhēng)中的焦點(diǎn)領(lǐng)域之一。

作為中國(guó)最年輕的院士，潘建偉還有一個(gè)身份是全國(guó)政協(xié)委員，在兩會(huì)期間，他被記者問到最多的東西，當(dāng)然就是量子通信和量子計(jì)算機(jī)。雖然量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在還沒有什么好談，但量子衛(wèi)星馬上就要上天了。

在接受采訪時(shí)，潘建偉透露，我國(guó)研制的世界首顆量子通信衛(wèi)星有望在今年7月發(fā)射，相應(yīng)地，量子保密通信“京滬干線”，也將在今年下半年全線開通。

這意味著一個(gè)‘天地一體化’的量子通信網(wǎng)絡(luò)將初步形成，也意味著自上世紀(jì)80年代起，至今歷經(jīng)30多年的量子信息研究，終于走向?qū)嵱?。這種衛(wèi)星和地面之間的量子通信，在全球范圍也將是首次實(shí)現(xiàn)。

潘建偉說，在不久的將來，量子通信就能進(jìn)入千家萬戶。希望通過十年左右的努力，將來每個(gè)人在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為，都能夠享受到量子通信的安全保障。

很多人看到這里，也就很明白了，就是說中國(guó)科學(xué)家很厲害，總是能搞出大新聞。但是關(guān)于量子通信究竟是什么東西，有沒有這么牛，是不是存在什么問題，就沒有多少人關(guān)心了。

不過我們還是要多說幾句。夢(mèng)想總是要回歸現(xiàn)實(shí)，人不可能總是活在大新聞里面。

首先要明確的一點(diǎn)，就是量子通信其實(shí)不是通信。

雖然中國(guó)現(xiàn)在的量子通信手段、技術(shù)乃至產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)走在世界前列，但是不管是中國(guó)科學(xué)家還是國(guó)外同行所言的量子通信，并不是傳統(tǒng)意義上的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接通信，而主要是給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信加上量子密鑰。

說白了，就是用量子密鑰替代目前的公鑰加密技術(shù)，上周公布的2015年度圖靈獎(jiǎng)，就是頒給了發(fā)明公鑰加密技術(shù)的兩位美國(guó)科學(xué)家。

公鑰加密技術(shù)，簡(jiǎn)單的說，就是拿兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)A和B進(jìn)行乘積，然后把這個(gè)乘積作為公鑰進(jìn)行加密，然后用質(zhì)數(shù)A或B進(jìn)行解密。雖然得到A和B的乘積很容易，但是要直接從這個(gè)乘積分解成兩個(gè)質(zhì)數(shù)，就非常非常難。

但是隨著計(jì)算能力的不斷提高，尤其是基于量子計(jì)算機(jī)的shor算法的出現(xiàn)，讓基于大數(shù)因子分解的公鑰加密技術(shù)，變得越來越脆弱。

這就是為什么，在通信技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天，各國(guó)間涉及政治外交、軍事安全的大部分機(jī)密信件和物品，仍然通過最傳統(tǒng)的方式——外交信使來傳遞。即便是再高級(jí)的保密通信，只要是通過當(dāng)前的電話線、無線電、光纖等手段，都會(huì)面臨被破譯和竊聽的可能。

這時(shí)候，就需要量子密鑰發(fā)揮作用了。這種方法，是上世紀(jì)90年代美國(guó)IBM公司沃森實(shí)驗(yàn)室的查爾斯·本內(nèi)特等人提出來的，由A向B發(fā)射一系列不同偏振態(tài)的光子，B對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)測(cè)量，然后選取符合A要求的測(cè)量結(jié)果作為密碼。在驗(yàn)證密碼的過程中，如果存在竊聽行為，可以從測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤率中發(fā)現(xiàn)。

實(shí)際上，量子密鑰就是在A和B之間共同生成一串只有他們兩邊知道的隨機(jī)數(shù)，然后用這個(gè)隨機(jī)數(shù)來加密。

本內(nèi)特等人在IBM成功研制出世界上第一臺(tái)量子密鑰分發(fā)的原型樣機(jī)，但是它的工作距離僅為32厘米。此后，各國(guó)的科學(xué)家，逐步將量子密碼在光纖中傳輸?shù)木嚯x推進(jìn)到幾十甚至上百公里，并嘗試在自由空間中進(jìn)行傳遞并取得成功。

理論上，量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴(yán)格證明是無條件安全的通信方式。

2009年，潘建偉的研究組與清華大學(xué)合作，在北京八達(dá)嶺與河北懷來之間成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，16公里的距離相當(dāng)于此前世界記錄的27倍。

當(dāng)年10月1日，在建國(guó)60周年國(guó)慶閱兵期間，潘建偉團(tuán)隊(duì)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間構(gòu)建量子通信熱線，用于重要信息傳送保障。

美國(guó)《時(shí)代》周刊曾經(jīng)報(bào)道稱，中國(guó)科學(xué)家在量子通信研究上創(chuàng)造了世界記錄，解放軍能在瞬間傳送軍事信息而不被破壞或攔截。通過這項(xiàng)保密力度極強(qiáng)的科技應(yīng)用，能大幅度提高解放軍的指揮和控制能力，使得中國(guó)在信息戰(zhàn)方面的能力超越美軍。

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高速星地量子密鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)北京和烏魯木齊之間的量子保密通信，實(shí)現(xiàn)星地量子糾纏分發(fā)，并且計(jì)劃在德令哈和麗江之間實(shí)現(xiàn)距離遠(yuǎn)達(dá)1200公里的大尺度量子非定域性檢驗(yàn)，還將在衛(wèi)星和阿里之間實(shí)現(xiàn)星地量子隱形傳態(tài)。

當(dāng)然，相對(duì)于可以傳遞文件、語音、視頻的經(jīng)典通信方式，目前科學(xué)家所說的量子通信，還主要是一種傳輸密鑰的方式，在數(shù)據(jù)傳輸容量上與經(jīng)典通信相比還有較大的差距。由此，全球?qū)W界對(duì)量子通信存在一些爭(zhēng)議聲音，比如量子密鑰傳輸能不能稱為量子通信。

對(duì)此，潘建偉指出，國(guó)際上把量子隱形傳態(tài)、量子糾纏交換和量子密鑰分發(fā)等幾種技術(shù)統(tǒng)稱為量子通信(Quantum Communication)。量子通信并非狹義化的概念，是指用量子態(tài)來傳遞信息，所傳遞的信息可以是經(jīng)典信息，也可以是量子信息。

但是中科大量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦院士就認(rèn)為，通信一定要有內(nèi)容。把量子密鑰分發(fā)，說成是量子通信是不夠準(zhǔn)確的。

無論是量子密鑰分發(fā)還是量子隱形傳態(tài)，都需要經(jīng)典信道的傳輸，也就是說量子通信不會(huì)完全替代現(xiàn)有的通信技術(shù)，量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是量子網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。

還只是一種加密手段，距離真正稱為‘通信’還有些遙遠(yuǎn)，其理論上不可攻擊的特性，在現(xiàn)實(shí)中也受到一定的限制。

這是因?yàn)?，雖然量子密鑰分發(fā)在理論上具有無條件安全性，但在現(xiàn)實(shí)條件下很難實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)可能存在各種各樣的隱患。

針對(duì)探測(cè)設(shè)備的不完美，國(guó)際上多個(gè)小組提出了“時(shí)間位移攻擊”“死時(shí)間攻擊”和“強(qiáng)光致盲攻擊”等針對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的攻擊方案。

現(xiàn)在量子密碼的協(xié)議安全性能夠得到足夠的保證，只要設(shè)備是嚴(yán)格執(zhí)行協(xié)議的就能保證安全。但是，要嚴(yán)格執(zhí)行協(xié)議，設(shè)備有許多地方需要控制，沒法做絕對(duì)沒有問題的保證，只能說做到完美無缺就絕對(duì)安全，但實(shí)際上只能是近似的安全。

一位量子密碼專家就這樣形容，量子的東西來對(duì)付傳統(tǒng)的方法，比較有優(yōu)勢(shì)，但是新的攻擊總會(huì)出現(xiàn)，有量子的防守，也會(huì)有量子的攻擊。

可以說，安全手段在升級(jí)，攻擊手段也在升級(jí)，也產(chǎn)生了更多攻擊量子密碼的方法，戰(zhàn)爭(zhēng)還是戰(zhàn)爭(zhēng)，只是戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)生了改變，所用的武器，攻擊的方法，要量子層面去打，傳統(tǒng)的方法還是有效，但是會(huì)開辟一些新的戰(zhàn)場(chǎng)，在這個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)上，誰也沒有經(jīng)驗(yàn)。

潘建偉則表示，目前在真實(shí)的量子通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比攻擊者強(qiáng)大，科學(xué)家假定竊聽者具有物理學(xué)原理所允許的所有能力，其實(shí)現(xiàn)實(shí)中可能性不大。

那么，如果攻擊者真有這樣的能力怎么辦?他說，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃請(qǐng)各種專家來攻擊，也許這是證明安全性的最好方法。甚至?xí)M(jìn)行懸賞，誰能攻破就給他獎(jiǎng)金。

而且，衛(wèi)星量子通信不可避免地會(huì)受到天氣條件的影響。潘建偉就曾經(jīng)告訴我們說，量子衛(wèi)星只能保證在晴天可以工作，天氣不好的時(shí)候數(shù)據(jù)傳不下來，但是密鑰也可以存一段時(shí)間，天氣好的時(shí)候就多送一點(diǎn)。

在他看來，對(duì)于重要的部門，這個(gè)碼率已經(jīng)足夠。

由于量子密碼通信的特殊性，決定了它應(yīng)該被應(yīng)用到保密等級(jí)比較高的軍事、政治、金融等重點(diǎn)領(lǐng)域。

對(duì)于潘建偉所說，十年左右讓每個(gè)人在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為，都能夠享受到量子通信的安全保障，這一愿景如何實(shí)現(xiàn)，如何為每秒種發(fā)生成千上萬次的轉(zhuǎn)賬、支付行為產(chǎn)生量子密碼，需要多少成本，還需要更加客觀的評(píng)估。

對(duì)于量子加密手段的實(shí)際安全性如何，實(shí)際效益如何，仍有待更實(shí)在的證明。

下面引用一位券商研究員對(duì)于量子通信概念的看法，由于他本人曾經(jīng)的專業(yè)方向就是量子通信，看法還比較客觀。

量子通信商用最大的挑戰(zhàn)在于：目前沒有使用的迫切性和必要性。在當(dāng)前經(jīng)典的馮諾依曼架構(gòu)下的計(jì)算機(jī)體系中，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)密碼已經(jīng)夠用。RSA、DES等傳統(tǒng)數(shù)學(xué)算法在過去的幾十年不斷的被“理論破解”，但采用一系列改進(jìn)，目前仍然廣泛地安全地使用，還有層出不窮的新的密碼算法涌現(xiàn)出來。

事實(shí)上，如果縱觀全球大大小小的信息安全事件，極少是由于密碼算法被破譯而導(dǎo)致的信息泄露。目前傳統(tǒng)數(shù)學(xué)密碼算法最大的挑戰(zhàn)在于“計(jì)算能力的跳躍式增長(zhǎng)”，比如一旦研發(fā)出量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算領(lǐng)域有一個(gè)著名的Shor's Algorithm，由美國(guó)科學(xué)家Peter Shor提出，能利用量子算法來實(shí)現(xiàn)整數(shù)的分解，對(duì)RSA算法提出了致命的威脅。

但由于實(shí)現(xiàn)這類量子算法的量子計(jì)算機(jī)并沒有被研制出來，因此傳統(tǒng)加密方式的威脅目前大都停留在紙面上。

另一個(gè)可以提供佐證的視角是，為什么美國(guó)沒有做這種事情?很簡(jiǎn)單，用不著。美國(guó)對(duì)自己掌握的傳統(tǒng)的加密方式有充足的信心，因此大部分的精力都去搞量子計(jì)算去了。

即使量子通信商用，其產(chǎn)業(yè)空間也將受到限制。密碼本質(zhì)上是一種信息基礎(chǔ)設(shè)施，一般直接受到國(guó)家控制，在政府的嚴(yán)格管控下，商業(yè)化的前景就會(huì)受到限制。如果量子通信達(dá)到所謂的千億產(chǎn)值，那么按照中國(guó)5億的網(wǎng)民來算，1000億的產(chǎn)值意味著有個(gè)人每年要花200元在加密上。盡管這個(gè)錢并非是直接對(duì)用戶征收，但仍然是一種隱性的互聯(lián)網(wǎng)使用成本，這其實(shí)是不合邏輯的。

事實(shí)上，經(jīng)典密碼發(fā)展這么多年，也沒有某家公司依靠密碼發(fā)展很大。EMC旗下的RSA公司是現(xiàn)代加密的骨灰級(jí)公司，大部分業(yè)務(wù)都是通用的、非加密的信息安全軟件服務(wù)，2006年被EMC收購(gòu)的時(shí)候市值為21億美金，恐怕還不如A股整個(gè)板塊一個(gè)漲停板增加的市值大。

當(dāng)然對(duì)于中國(guó)來說，目前國(guó)內(nèi)實(shí)用的大多數(shù)算法都是來源于國(guó)外，國(guó)家擔(dān)心國(guó)外安全機(jī)構(gòu)擁有某些未公開發(fā)表的破解方式，不僅不斷推出自己的國(guó)產(chǎn)算法(盡管這些算法也并不更加安全)，而且現(xiàn)在看到一個(gè)號(hào)稱永遠(yuǎn)攻不破的物理級(jí)別的加密方式，肯定會(huì)如獲至寶重點(diǎn)扶持，這一個(gè)點(diǎn)可以理解。