中俄超级合作！成功建立的量子通信系统，如何做到无法被窃密？
- 百科
- 2024-01-10 10:33:42
12月30日，我国和俄罗斯成功建立了加密的量子通信。这其中的大功臣还是我们的墨子卫星。
量子通信究竟是什么？加密量子通信的成功又意味着什么？不久之后会普及到大众使用吗？
近几年量子通信的概念频频被人提及，由于关注的人增加，相关的讨论也越来越大甚至偏离了原有的技术范畴。
最显著的便是，讨论中量子通信和“伪科学”竟然发生了关系。而真实的情况是，围绕量子通信这一话题，是大众的认知被带偏了轨道。
量子通信是一种不太准确的说法，正确的应该是量子加密通信。简单说来就是，通信还是原有的同时，而是在信息传输的过程中，加入了量子加密技术。
这才是“量子”和“通信”之间产生的关联。那么在通信中加入量子技术后会发生什么呢？
量子通信目前的两个站点，一个通信点在国内的乌鲁木齐，另一个通信点在莫斯科，这是2022年3月，两个站点展开实验通信之前的基本情况。
莫斯科的站点，位于兹韦尼哥罗德天文台，该站点是在2020年建立起来的。其主要的作用，是围绕我国2016年发射的墨子号量子卫星，与我国的地面站点开展实验。
我们都知道，2016年发射的墨子号是通信卫星，外界也只是知道它的大概情况，而不知道它的作用是什么。国内外这两个实验站点的信息传递，就是卫星发挥作用的时刻。
在2022年的3月，两个站点第一次进行了通信实验。根据实验各项数据，俄罗斯方面的研究人员在2023年10月发表了相关的论文。
根据科研人员的介绍，实验中的通信过程中，正是采用了量子加密技术。利用这种技术，发送和接收者之间的信息传递，无法被第三方窃取。
因为在信息传输的过程中，信息本身通过量子加密技术，使得信息内容本身发生了变化，这种变化只有发送者和接收者才能知晓，第三方不但不知道，关键是无法进行窃取。
从传输方式来看，一旦使用了量子加密技术，原有地面光缆传输的距离就会受限，以往的实验显示只能维持在1000公里内。超过这个距离的话，会出现光子损失的问题。
正是在这个基础上，我国的墨子号发射升空，就是为长距离的信息传输提供基础的。我国地面站点和俄罗斯地面站点完整的通信测试，之间距离长达3800公里，意味着通过量子加密的信息传输模式，就快要从研究阶段变成实际运用了。
那么，量子加密的可靠性，究竟是如何确保通信安全的呢？
加密技术本身，是在量子力学的原理上构筑起来的。量子态的特殊，既有不变性又有随机性。
传输信息的过程中，发送方和接受方，会共享相同的量子纠缠粒子。这种粒子可以是光子，我国地面站点和俄罗斯地面站点的实验中，使用的就是此粒子。
信息发送出去，在传递过程中，是以编码不能被破解的形式存在的。接受方在收到信息后，解码的关键就在于纠缠的光子。
表面看起来，这跟传统的信息加密传输是一样的。比如过去靠电报发送情报，发送者和接收者都使用统一的密码，信息传输过程中内容虽然进行了加密，可一旦被第三方截获信息，并且又知道了解码的密码后，传递的信息就被破解了。
再比如现在的网络信息传递，过程中即便对内容进行了加密处理，可一旦信息发送出去，同样也能被第三方利用黑客技术或者其他办法获取到信息内容。同样只要掌握解码的方法，内容也就没有秘密性了。
这便是传统信息加密传输过程中，永远无法解决的问题。因为即便对信息进行了加密，传送方和接受方没法知道，这条信息在传输过程中，是否会被第三方获取。
而量子加密技术的关键就在此。传输信息的通道还是原来的方式，可一旦使用了量子加密技术，第三方试图侦测或者截取信息，只要存在这个可能性，就会对传递过程造成影响，而发送方和接受方，也能立刻知道有第三方在干扰传递。
这就意味着，信息不光是被加密的，信息传输的整个过程也是被确保了安全的。整个系统在运行的过程中，可以实时监测是否存在信息的窃取。
通俗一点说，当监测到有第三方窃取的可能，信息传输就不会进行。若是系统监测到不存在窃取的可能，那么整个传输系统就会随机生成密钥。
信息在经过了加密处理后，接下来才是利用通道传输的过程。基于量子技术的密钥无法被复制，也无法被侦测。一旦有这样的情况出现，传输过程就等于被中断了，依照量子技术原理的不可复制性，包括密钥本身等信息，就等于被破坏了。
整个过程是无法被破解的，就是说不管采用任何其他的方式，试图截获信息就会被知道，这就意味着信息在传输过程中无法被第三方获取，保密性将能达到百分之百。
因为不清楚原理，或者是在解释过程中出现了偏差，大众对于量子加密技术，实际上有些一知半解，甚至有人认为这就是忽悠大众的“伪科学”。
而实际上，从科学家的角度去看，即便他们试图用通俗易懂的方式给大众讲解量子力学，同样也有些力不从心。
毕竟从人类肉眼的角度去看，围绕量子力学的一切都是“想象”出来的——作为微观世界的理论基础，肉眼确实不可见。
可在现实世界中，量子力学又无处不在。因为构成世界的一切物质，从根本上来说都是量子。
不说什么高深的理论，也不说什么专有词汇，这里尽量用一种正常的视野，去解释一下量子加密技术的过程是什么。
老明要把一条信息加密传送给老王，让小明从一份扑克牌中，随便取了一半出发前往老王家里。
接下来，小明到了老王家里，他们不看扑克牌，就不知道扑克牌是什么。如果看了扑克牌，自己手里的一半，和留在小明家里的另一半扑克牌，就都知道是什么。同理，留在家里的老明，也知道这两半的扑克牌内容是什么。
所以简单来理解，留在家里的一半扑克牌，和被小明带走的这半，在这个过程中就相当于处在量子纠缠状态。只要看了就知道扑克牌是什么，可不看的话，两边的扑克牌就始终是随机状态。
小明到达老王家里后，接着联系老明传输信息。利用另一半牌把信息加密处理后，只要发送到老王家里，信息就算是安全传输过去了。
假设小明在前往老王家的路上，被他们的仇人老刘弄走，或者是知道了扑克牌的存在，老明和老王随即就能知道情况，而信息是什么老刘却并不知道。
因为小明在前往老王家的路上，双方可以约定好小明到达的时间范围。这样一来仇人老刘不管用什么方法，只要打断了小明前往老王家里的这个过程，就等于破坏了信息传递。
而真正的信息内容在小明前去的过程中还没有传递，老刘即便想知道什么，也从小明身上得不到。
从量子加密通信的角度去看，第三方如果试图侦测信息传递的过程，也会被发送方和接受方知道。这便是量子加密技术相对通俗的理解。
目前在国内，围绕量子技术在通信领域的应用，研究越来越深入，相关的企业也越来越多。
国内的国盾量子，就是从事量子通信领域的企业。保密通信网络，以及保密通信地面战点的建设，是该公司的主营业务。
从政府部门到金融再到国防部门，保密通信的安全应用和解决方案，未来的需求会越来越大。
目前，企业不管是硬件还是软件层面，都投入力量在进行研发和攻关。公司的核心研发技术，便是量子密钥的分发产品，以及通信与密钥组网的交换产品。
他们的研发人员，已经成功构筑起了可编程超导量子计算原型机，该原型机被命名为“祖冲之二号”。未来在多个领域，将发挥关键作用。
还在2017年的时候，我国就开通了2000公里的保密通信干线——京沪干线。在这条线路上，该公司的技术设备也运用其中。他们研发的密钥分发设备，能够在24dB的大衰减条件下运作，而主流光纤每公里的衰减是0.2dB。
在京沪干线上，不少相邻站点的衰减已经超过了20dB，从密钥分发的传输来看，距离在不断增加。组网规模目前已经形成一定的范围，节点数量超过了70个，密钥分发设备超过了400台。
对比之下，欧洲和日本在研究和运用层面，组网规模小，所应用的设备还只是个位数。
就目前的趋势看，无论国内还是国外，这一领域的研发和投入都在加大力度。2022年，国内的移动通话设备领域，也拥有了量子加密通话产品。
简单来看，通话设备也就是手机，也运用了量子加密技术，通过特定的电话卡可以发起加密呼叫。
在整个通话过程中，内容是经过加密且无法被监听的。而且密钥本身是一次性的，通话之后就废弃，并且还能远程操控密钥的注销。不光是国内，韩国同样也推出了基于量子加密的智能手机设备。
当然就目前的情况看，先不说技术的实际应用如何，若真的到了相当成熟的地步，最先能使用到的，大概率也不会是普通大众。保密需求更高的公共部门，在短时间内才是这一技术最重要的使用者。
普通大众，要想一对一使用量子加密技术传输信息，先不说实际的需求度有多高，至少在未来的一段时间内还用不上。
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