解密量子通信卫星：究竟要干啥？

　　作为中国最年轻的院士，潘建伟还有一个身份是全国政协委员，在两会期间，他被记者问到最多的东西，当然就是量子通信和量子计算机。虽然量子计算机现在还没有什么好谈，但量子卫星马上就要上天了。

　　在接受采访时，潘建伟透露，我国研制的世界首颗量子通信卫星有望在今年7月发射，相应地，量子保密通信“京沪干线”，也将在今年下半年全线开通。

　　这意味着一个‘天地一体化’的量子通信网络将初步形成，也意味着自上世纪80年代起，至今历经30多年的量子信息研究，终于走向实用。这种卫星和地面之间的量子通信，在全球范围也将是首次实现。

　　潘建伟说，在不久的将来，量子通信就能进入千家万户。希望通过十年左右的努力，将来每个人在互联网上进行的转款、支付等消费行为，都能够享受到量子通信的安全保障。

　　很多人看到这里，也就很明白了，就是说中国科学家很厉害，总是能搞出大新闻。但是关于量子通信究竟是什么东西，有没有这么牛，是不是存在什么问题，就没有多少人关心了。

　　不过我们还是要多说几句。梦想总是要回归现实，人不可能总是活在大新闻里面。

　　首先要明确的一点，就是量子通信其实不是通信。

　　虽然中国现在的量子通信手段、技术乃至产业化进程已经走在世界前列，但是不管是中国科学家还是国外同行所言的量子通信，并不是传统意义上的对数据进行直接通信，而主要是给传统的数据通信加上量子密钥。

　　说白了，就是用量子密钥替代目前的公钥加密技术，上周公布的2015年度图灵奖，就是颁给了发明公钥加密技术的两位美国科学家。

　　公钥加密技术，简单的说，就是拿两个很大的质数A和B进行乘积，然后把这个乘积作为公钥进行加密，然后用质数A或B进行解密。虽然得到A和B的乘积很容易，但是要直接从这个乘积分解成两个质数，就非常非常难。

　　但是随着计算能力的不断提高，尤其是基于量子计算机的shor算法的出现，让基于大数因子分解的公钥加密技术，变得越来越脆弱。

　　这就是为什么，在通信技术如此发达的今天，各国间涉及政治外交、军事安全的大部分机密信件和物品，仍然通过最传统的方式——外交信使来传递。即便是再高级的保密通信，只要是通过当前的电话线、无线电、光纤等手段，都会面临被破译和窃听的可能。

　　这时候，就需要量子密钥发挥作用了。这种方法，是上世纪90年代美国IBM公司沃森实验室的查尔斯·本内特等人提出来的，由A向B发射一系列不同偏振态的光子，B对其进行随机测量，然后选取符合A要求的测量结果作为密码。在验证密码的过程中，如果存在窃听行为，可以从测量结果的错误率中发现。

　　实际上，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。

　　本内特等人在IBM成功研制出世界上第一台量子密钥分发的原型样机，但是它的工作距离仅为32厘米。此后，各国的科学家，逐步将量子密码在光纤中传输的距离推进到几十甚至上百公里，并尝试在自由空间中进行传递并取得成功。

　　理论上，量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止惟一被严格证明是无条件安全的通信方式。