量子通信:“史上最难破译”加密技术有何神秘?

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量子通信:“史上最难破译”加密技术有何神秘?

“墨子号”发射成功的消息让量子通信技术瞬间变“网红”,人们在追捧“高精尖”的同时,也在寻找该技术与日常生活千丝万缕的联系。8月18日,科技日报记者采访了“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,他列举了量子通信技术在现实中的种种应用案例,并表示“在量子通信产业化及相关应用技术方面,我国已经走在了美国的前面”。

早在3年前,山东省依托周飞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。

“史上最难破译”加密技术有何神秘之处?

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,通过它可以保证信息安全性,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。”记者了解到,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。

为什么要布局量子通信“高速公路”?

最近,一则消息让周飞兴奋:今年年底,量子保密通信线路“京沪干线”即将建成。据了解,这条干线总长2000多公里,从北京出发连接济南、合肥,最终到达上海,建成后将广泛用于金融、政务等领域信息的安全传输。

“量子保密通信技术的实际应用分三步走:一是通过光纤实现城域量子通信网络;二是通过量子中继器实现城际量子通信网络;三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。”周飞表示,“墨子号”的成功发射加快了“京沪干线”的建设进度。

在他眼中,作为全球首个也是距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路,“‘京沪干线’像量子通信的‘高速公路’,客户业务则像汽车,可以在这条高速公路上运行,整个运行保证传输安全性。”

这条干线的重要性何在?周飞以“济南网”为例:“比如,‘济南网’是这条干线的重要节点,不仅仅可以服务本地域内的军事、国防等领域的国家级保密通信,还可以用于涉及秘密数据、票据等政府财政等部门,还有望进入手机、网络等民用通信领域。”

周飞说,“京沪干线”的终极目的是利用量子技术帮助国家实现通信安全可靠,也使中国在量子通信产业化方面在国际上充当起“领跑者”角色。

世界上规模最大的量子通信网为何落子济南?

只有圆珠笔截面大小,外表形似玻璃的“铌酸锂波导芯片”是济南量子技术研究院的最新成果,这种芯片可以用于民用卫星、环境监测、大气污染监测等民用领域。周飞说:“别看它很小,价格却很贵,现在卖到10万块钱一片,未来随着产量增加,会有很好的市场前景。”

该重量级成果的诞生得益于山东量子关键器件研发平台。在这一平台之下,周期极化铌酸锂波导被研制成功,标志着我国成为世界第三家完全掌握“基于逆向质子交换波导研制技术”的国家;同时,基于此波导,该院又成功研发了世界室温下性能最优的通信波段单光子探测器,也是世界上第一台封装成型的商业产品样机。

研发能力和产业化基础,成为量子技术研究在济南布局的重要考虑。

周飞表示,济南作为具有工程转化和产业化优势基础的城市,在规划的量子信息国家级研究平台上,将发挥至关重要的作用,在关键器件研发和产业化、国防技术研发和产业化、量子技术测评和安全标准,以及量子通信网络运营等方面可形成具有济南特色的量子技术产业链条。

记者了解到,自2010年以来,济南在量子技术应用上已投入3亿多元,也推动了技术研发和产业化。

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