“绝对安全”不再遥远

量子信息科学拓宽和深化了量子理论在改变人类生活和社会面貌方面的应用，成为未来信息技术的战略性发展方向

量子信息，已然成为了当下人们关注的焦点。伴随着量子信息技术逐渐走向实用化，其衍生出的量子通信技术，更被誉为是继微电子信息之后，最有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术。

量子信息科学的诞生

自上世纪80年代开始，人们发现，量子物理与信息技术相结合，可以开拓与经典方式具有本质区别的全新的信息处理和通信方式。于是，一门新兴的学科——量子信息科学就此诞生。

在量子力学中，量子信息是关于量子系统“状态”所带有的物理信息。它是通过量子系统的各种相干特性（如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等），进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。

至此，量子信息科学就迅速成为近年来物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一。利用量子调控技术，能够用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵，在增大信息传输容量、提高运算速度、确保信息安全等方面突破了经典信息技术的瓶颈。

量子信息科学拓宽和深化了量子理论在改变人类生活和社会面貌方面的应用，成为未来信息技术的战略性发展方向，很有可能会推动整个信息产业的技术革命。量子信息主要包括量子通信和量子计算两个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等；量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。

而要说到最先走向实用化的量子信息技术，非量子通信莫属。

量子通信绝对安全

安全地进行信息传递是人类千百年来的梦想之一。但在今日这个信息技术飞速进步的时代，安全通信却几乎成为海市蜃楼。由于经典信息容易被复制，因此保障通信安全的主要方法就是加密信息，使窃取者即使复制了加密后的密文也无法读取原文。

但是这种方法的安全性在理论上缺乏证明——数学的不断进步可能使得一些现在看起来无法利用数学方法破解的加密解密算法在未来得以破解，因此这种方法远不能保证建造“绝对安全”的通信系统，而且在实际应用中也存在着加密和解密效率低下等诸多问题。

更为严峻的是，随着计算科学和技术的发展，人类所拥有的计算能力的提升速度和潜力已远远超过了人们最初的想象，经典密码加密技术对于通信安全的保障能力也显得远非人们预先估计的那么可靠了。尤其是上世纪70年代以来，量子计算概念的提出和它的初步实验演示，更如同在经典密码安全性上方高悬的“达摩克利斯之剑”，随时威胁着经典通信系统的安全。

但如今，人们的这些顾虑可能会伴随着量子通信技术的应用和普及而被永远“埋葬”。广义地说，量子通信是指利用量子比特作为信息载体来传输信息的通信技术。量子通信内涵很广泛，量子隐形传态、量子保密通信、量子密集编码等都属于量子通信领域。但由于量子保密通信是目前最接近实用化的量子信息技术，也是人类目前掌握的唯一的无条件安全密码技术，因此，我们日常提到量子通信时常常特指量子保密通信。

在量子通信过程中，发送方和接收方采用单光子的状态作为信息载体来建立密钥。通常来说，窃听者可能用三种方法进行窃听：

第一种方法是将单光子分割成两部分，让其中一部分继续传送，而对另一部分进行状态测量获取密钥信息。但由于单光子不可分割，因此这种办法无法做到。

第二种可能的方法是窃听者希望截取单光子后，测量其状态，然后根据测量结果发送一个新光子给接收方。但由于窃听者不能精确地对光子的状态进行测量，所以发送给接收方的光子的状态与其原始状态会存在偏差。这样，发送方和接收方可以利用这个偏差来探测到窃听者对光子的测量扰动，从而检验他们之间所建立的密钥的安全性。

第三种可能的方法是窃听者截取单光子后，通过复制单光子的状态来窃取信息。但按照量子不可克隆原理，未知的量子态不可能被精确复制。

因此，无论是现在还是将来，无论破译者掌握了多么先进的窃听技术、多强大的破译能力，只要量子力学规律成立，由量子通信建立起的秘密就无法被破解。

可以说，量子通信系统的问世，重新点燃了建造“绝对安全”通信系统的希望。通向“绝对安全通信”这个千百年来人类梦想大道的入口，在量子物理的指引下，又重新显露在人们视野之中。

得益于这种“绝对安全”，通过量子通信，人们可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。因此，量子通信被视为是保障未来信息社会通信安全的重要技术基础。

更进一步来讲，量子通信还能实质性地提升国家的信息技术水平和信息产业的核心竞争力，实现国家信息系统建设的跨越式发展，对国家综合国力的提升、经济和社会的进步产生深远的影响。正因于此，其也成为世界主要发达国家优先发展的科技和产业高地。

量子通信就在我们身边

早在三年前，“墨子号”研发参与者之一、济南量子技术研究院院长助理周飞博士所在的济南量子技术研究院，在国内最早“尝鲜”量子技术成果，投资1.2亿元建成了世界规模最大、功能最全的量子通信试验网——济南量子通信试验网（下称“济南网”），运用一系列核心技术为山东政务、金融、政法、科研、教育五大领域28家单位的100多个用户提供保密通信服务。

一部其貌不扬的黑色电话，出现在济南市多个单位的核心业务部门。在检察院系统，对一些贪腐案件调查进行信息沟通时，通过它可以保障信息安全，不存在泄露或窃听；一些政府部门在政务信息的沟通中，通过它可以做好机要信息安全保护。

“这就是‘量子保密电话’。”周飞表示，“使用人在拨打或接听电话时，通话记录可以实现绝对保密。”

“现代密码学所采用的加密通常是利用数学算法的复杂度来增加破译的困难程度。如果破译者希望得到信息的内容，就需要先破译得到‘钥匙’。而超级计算机的出现，再复杂的‘钥匙’都有可能最终被破译。”周飞举例说，“比如我们平时打电话时，信号经过无线网、基站等若干个节点，任何一点都可能被窃听。尽管信息也是加密的，但是这些传统加密办法较易被破解。而如果用量子技术加密，理论上不可破解。”

处于量子态的粒子具有“自我毁灭”的特性，这让它适合做“保密工具”。周飞打比方：“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹，而量子密钥会让‘信件’自毁，并让使用者知晓。”在济南研发试验的这项保密通信技术，已经在党的十八大会议上成功应用，用于会场内及周边的信息保密传输，防止会议内容遭窃听。

周飞说，类似量子通讯核心技术的研发支撑起“济南网”的正常运行。