為通信加密！量子通信技術如何防竊聽？

央廣網記者?鶴佳 楊揚

據中央廣播電視總臺中國之聲《新聞超鏈接》報道，近日，知名學術期刊《自然·光子學》在線發表了來自中國科學技術大學的一項研究成果。中科大郭光燦院士團隊的韓正甫教授及其合作者，近期實現了833公里光纖量子密鑰分發，將量子密鑰分發安全傳輸距離世界紀錄提升了200余公里，向實現千公里陸基量子保密通信邁出重要一步。

量子密鑰分發基于量子物理的基本原理，在信息安全層面上提供了竊聽可感知的密鑰分發手段。如何延長光量子密鑰分發直接傳輸的安全距離，是當前極具挑戰的難點和焦點之一。

什么是量子保密通信？為什么要提高量子通信的傳輸距離？量子通信技術有何作用，可以應用于日常生活中嗎？

什么是量子通信？量子密鑰在量子通信中起著何種作用？

日常生活中的通信是把人所看到的圖像轉變成電信號或是光信號，通過光纜或者電纜將電信號或光信號傳至接收信號的遠方，之后利用一個測量裝備，再把電信號和光信號轉變成聲音與圖像。

在物理學領域，學者們用物理量來代表信息。這個物理量可以被反復測量，每次測量出來的物理量都是一致的，即每次讀出來的信息都一樣。

量子通信則是把傳統通信的物理量換成量子力學領域里獨有的量子態。中國科學技術大學物理學院、中科院量子信息重點實驗室的韓正甫教授表示，量子態不是常規的物理量，典型特征是測不準，量子態每被測量一次都會產生變化，導致測量出來的結果不盡相同，無法確保得到的結果是我們想要的結果，但是合法的兩個通信者能夠通過協議得到確定的信息，因此利用量子態來代表信息可以有效防止信息被竊聽。

量子密鑰是量子通信中保證通信過程不被人竊聽的核心。

量子密鑰是一組隨機數。通信的雙方會共享一組一樣的量子密鑰。之后用隨機數跟通訊內容做一個變換，使通訊內容成為亂數。合法的通信者事先已經共享了密鑰，因此合法接收者收到亂數之后可以利用密鑰做反向變化，將信息從亂數中提取出來。而竊聽者由于沒有密鑰，得到的只是一堆亂數，無法獲得有效信息。

為何要提高量子密鑰分發距離？如何提高量子密鑰分發距離？

與傳統通訊相比，量子通信的優勢在于安全性，但是它也有一個弱點，隨著傳輸距離增長，量子通信的傳輸速度會逐漸降低，一旦傳輸速度接近于0，傳輸無效。傳輸距離是量子通信領域中一個非常重要的指標，通過各種手段提升該指標是國際各國在量子通信領域爭奪的重要方向。

國外目前量子通信最長傳輸距離是605公里，但605公里其實并不是真實的傳輸距離，其中的100多公里是用模擬的辦法做出來的，單就傳輸距離而言，我國量子通信的傳輸距離比世界紀錄多出300多公里。

不論是經典信號還是量子信號，信號在傳輸的過程中都會隨著傳輸距離的增長而衰減。如果信號衰減到測量手段的極限以下，則無法通過測量得到信息，傳輸無效。測量的極限由噪聲決定，如果信號比噪聲小，測量得到的主要就是噪聲而非信號。因此提升信噪比成為增加傳輸距離的關鍵技術難點和技術指標。

提升信噪比主要有兩種手段。第一種是讓兩邊的傳輸信號保持高度一致，在傳輸過程中利用反饋控制等手段抑制噪聲，提高信噪比。光纖傳輸路徑中所耦合進來的各種干擾也在很大程度上影響信噪比。因此第二種手段就是將干擾屏蔽在信號以外，或是只產生絕對的干擾，不產生相對的干擾，這樣就能得到更高的信噪比。

量子保密通信對我們有什么意義？

量子保密通信的重點不在于“量子”，而在于“保密”。

從國家層面來說，量子保密通信技術的發展可以提高國家的信息安全水平。但量子通信技術目前在民間并沒有大范圍普及應用。全國性的量子通信網絡尚未建立，相關的消費成本也十分高昂，無法提供人對人的產品和服務。量子通信技術出現后如何應用于公民的日常生活，這一問題目前還屬于探索階段，量子通信技術的日常應用也尚未得到市場的完全加持。

韓正甫表示，國內已經有許多廠家在生產量子通信的設備。雖然目前還沒達到全民普及量子通信技術的程度，但量子通信技術的儲備是必要的，未來若有機會大規模鋪展該技術，我國也能夠提供堅實的技術保障。

轉載自中國科技網