【光明时评】
日前 ， 不少媒体援引中国科学技术大学的官方消息称 ， 中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发 ， 标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形 ， 为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础 。
这项科研成果于1月7日被发布在国际顶级期刊《自然》上 。 这项成果有多么重要？这意味着中国把量子保密通信推进到了实用的程度 ， 遥遥领先其他国家 。
那么 ， 什么是量子保密通信？从古至今 ， 人类创造出很多密码体系 ， 但没有一个在原理上能保证安全 ， 直到量子保密通信的出现 。 传统的密码总是需要派信使去送密码本 ， 被传送的密码本在专业中被称作“密钥” ， 信使若被抓或叛变 ， 损失巨大 。 后来 ， 密码学家们发明了用数学难题加密的方法 ， 解密因此变成了数学挑战赛 ， 但依旧存在被解密的风险 。 量子保密通信则独辟蹊径 ， 提出了一种既不需要信使、也不依赖于数学难题的保密方法 。
简单来说 ， 量子保密通信主要利用量子力学叠加、测量与纠缠等特征 ， 让信息的发送方和接收方直接建立联系 。 信息的发送方和接收方通过一系列量子力学的操作 ， 同时获得了一段随机字符串 ， 比如011011100011 。 发收双方就可以把自己手中的随机字符串作为密钥 ， 用其将信息加密 ， 后面的传输就完全是传统的通信了 ， 用光纤、电话、电子邮件甚至平信都可以 。
由此可知 ， 量子保密通信的技术难度集中在密钥的产生环节 ， 这一步需要量子的信道 。 不过 ， 由于这套量子力学的操作只能产生随机字符串 ， 不能按特定意愿表示信息 ， 因此不能直接用量子信道传输信息 。
如果回溯的话 ， 量子保密通信的原理 ， 是1984年由加拿大和美国的科学家提出的 。 进入新世纪以来 ， 中国在实验层面上 ， 后来居上 。 2016年 ， 中国发射了世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号” 。 2017年 ， 中国开通了世界第一条量子保密通信干线“京沪干线” 。 前者实现了卫星与地面站之间的量子保密通信 ， 传输介质是真空与大气层 ， 也即自由空间传输 。 后者则实现了北京到上海之间2000公里的量子保密通信 ， 传输介质为光纤 。 两种方法各有优势 ， 可以互补使用 。
“墨子号”与“京沪干线”至今为止的运行结果 ， 正是前述发表于《自然》杂志上的论文的主要内容 。 “京沪干线”有32个节点 ， 还有两个地面站可以通过“墨子号”跟“京沪干线”连接 ， 一个在河北兴隆 ， 另一个在新疆南山 ， 总的跨度达到了4600公里 。 这也是论文题目《跨越4600公里的天地一体化量子通信网络》中“4600公里”一说的来源 。 无论是从连接的数量、生成密钥的速率上 ， 还是从抵抗物理攻击能力、稳定性等方面来看 ， 这个跨度4600公里的天地一体量子保密通信网络都达到了实用的要求 。
当前 ， 量子科技发展突飞猛进 ， 作为一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新 ， 量子科技已成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域 。 以“天地一体化量子通信网络”的构建为代表的一系列科研成果 ， 证明中国已经具备了在量子科技领域的科技实力和创新能力 。 从全球范围来看 ， 比对2020年欧盟发布的量子旗舰计划《战略研究议程》、美国发布的《量子网络战略愿景》《量子互联网国家战略蓝图》 ， 中国在量子通信领域领先欧盟3~5年 ， 领先美国5~8年 。
可以自信地说 ， 中国在量子通信领域已经实现“弯道超车” ， 但也要清醒地看到 ， 我国量子科技发展还存在不少短板 ， 面临多重挑战 。 广大科技工作者必须坚定不移走自主创新道路 ， 深入分析研判量子科技发展大势 ， 找准我国量子科技发展的切入点和突破口 ， 坚定信心、埋头苦干 ， 突破关键核心技术 ， 抢占国际竞争制高点 ， 构筑发展新优势 ， 为促进高质量发展、保障国家安全提供更强有力的支撑 。
【通信|“天地一体化量子通信网络”价值重大】（作者：袁岚峰 ， 系中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员、中国科学技术大学科技传播系副主任）
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