古 往今來,人們對於資訊加密的探索從未停止。古時候,人們在信封上滴蠟蓋上火印,但仍防不住有人拆開、讀完再復原。現代,人們用電磁波傳遞秘密,但音量再 低,也防不住精細的竊聽。現今,科學家設法將音量調低到如此程度:只依靠一顆顆光子,任何竊密者去測量都會破壞它,從而被發現。資訊微弱到了極限 -- 量子級別,再小心的讀取都會徹底改變它,而不可能只改變一點點。這就是量子通訊的保密原理。
量子通信是迄今唯一被嚴格證明為無條件安全的通信方式。中新網引述量子科學實驗衛星工程首席科學家潘建偉表示,量子具有不可分割、不可複製的特性,所以能保證加密內容永不會被破譯,可以從根本上保障資訊安全、保護全人類的隱私。理論上絕對安全的通信一旦實現,政府、軍隊和銀行,乃至全社會都將獲益。
量子通信的應用前景,就像電話的普及過程一樣,將逐步進行,蔚為可觀。一開始,量子通信可能會應用於國防、金融、政務、科學研究等,之後會在大眾中 廣泛應用。估計 5 年左右很多機要部門開始使用,10 年左右金融業、銀行等大機構開始使用,15 年的時間就可以走進家庭,屆時,每個人的家裏、手機上或許都會有一個量子加密晶片,銀行轉款、電子帳戶等的涉密操作,都不用擔心被盜用或者攻擊。依賴於量 子通信網路的建設,應用成本也會逐漸下降。
衛星發出一對糾纏光子,兩個站同時收到。 圖片來源:中新網
目前,工商銀行、北京農商行等多家銀行率先試用了量子通信加密技術。作為首批用戶之一,工商銀行數據中心 (北京) 網路部總經理任長清曾在接受採訪時介紹,現在工行試點的部門,就是通過國盾的量子加密技術,將數據從數據中心傳輸到同城的另一個機房內。「從理論上講,通 過設備產生量子密鑰,再對數據進行加密傳輸,是不會被竊取的,這對金融數據傳輸是非常有必要的。」
而將在今年年底貫通的量子京滬幹線,總長 2000 多公里,建成後,目標應用於軍事、金融、政務等領域資訊的安全傳輸。金融機構、媒體、大型企業,都可以成為量子通信的用戶。
量子資訊技術方興未艾,這一領域的國際競爭也在不斷加劇。今年以來,歐美日紛紛提出「第二次量子革命」計劃,加大基礎研究和產業發展方面的投入。
今年 3 月,歐盟委員會發佈《量子宣言 (草案)》,計劃在 2018 年啟動 10 億歐元的量子技術項目。其中在量子通信方面,規劃 5 年內突破量子中繼器核心技術,實現點對點安全量子通信。10 年內實現遠距離量子網路、量子信用卡應用等,目標融合量子通信與經典通信,保衛歐洲網際網路安全。
美國是對量子通信研究佈局最早的國家,也是最注重量子技術在軍事領域運用的國家。上世紀末,美國政府便將量子信息列為「保持國家競爭力」計劃的重點 支持課題。美國國防部在 2013 年至 2017 年科技發展「五年計劃」中,將「量子信息與控制技術」列為未來重點關注的 6 大顛覆性研究領域,認為量子技術對未來美軍的戰略需求和軍事任務行動能產生長期、廣泛、深遠、重大的影響。
美國認為,人類正站在下一代量子革命的門檻上,量子力學正在導致變革性技術,必須加大投入促進交叉性基礎研究。
儘管日本對量子通信技術的研究晚於美國和歐盟,但相關研究發展迅速。在國家科技政策和戰略計劃的支持和引導下,日本科研機構的研發積極性高漲,投入了大量研發資本積極參與和承擔量子通信技術的研究工作,實際地介入到量子通信技術的研發和產業化開發當中。
日本目前每年投入 2 億美元,規劃在 5 至 10 年內建成全國性的高速量子通信網。在長期計劃方面,日本國立信息通信研究院也計劃在 2020 年實現量子中繼,到 2040 年建成極限容量、「無條件」安全的廣域光纖與自由空間量子通信網絡。
發射全球第一顆量子通信衛星,無疑確立了中國在國際量子通信研究中的領跑地位。根據中國量子通信發展規劃,量子衛星發射以後,今年底建成「量子通信 京滬幹線」,國內初步形成廣域量子通信體系,推動量子通信技術在上海、合肥、蕪湖等城市使用,促進量子通信技術在政府部門、軍隊和金融機構等應用。到 2030 年左右,中國率先建成全球化的量子通信網路。
中國打算是在未來 10 年內,形成天地一體的全球化量子通信基礎設施;形成完整的產業鏈和下一代國家主權資訊安全生態系統;構建基於量子通信安全保障的未來網際網路,也就是「量子網際網路」。
量子的資訊攜帶者光子在光纖裏傳播 100 公里之後大約只有 1‰的信號可以到達最後的接收站,所以光纖量子通信達到百公里量級就很難再突破。但光子穿透整個大氣層後卻可以保留 80% 左右,再利用衛星的轉機,就可以實現地面上相距數千公里甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。
圖片來源:香港文匯報
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