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量子科技构筑天地一体化安全通信网络

发布时间:2021-01-27 02:02:22 所属栏目:物联网 阅读:

  

量子科技构筑天地一体化安全通信网络


  新年伊始,备受业界关注的量子通信领域捷报频传:中国电信推出首款量子安全通话产品——“量子密话”;中国联通宣布成功完成量子通信+区块链应用测试验证;中国科学技术大学宣布中国科研团队成功实现跨越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,该网络已覆盖我国四省三市32个节点,包括北京、济南、合肥和上海4个量子城域网,通过两个卫星地面站与“墨子号”相连,目前已接入金融、电力、政务等行业的150多家用户。

  量子通信究竟为何物?会给人们的通信生活带来哪些变化?《中国消费者报》记者就此进行了深入采访。

  揭开面纱

  从“墨子号”升空到“九章量子计算机原型”问世,虽然量子技术已是热度不断的“网红”,但对很多人来说,它仍然披着神秘的面纱。

  从电通信到光通信,再到如今的量子通信,现代通信技术在满足人们通信需求或实现人们新需求的过程中不断前行。光通信主要利用光为传播介质,使人类获取信息的通信方式。光作为一种电磁波,有着频率高、频带宽、通信容量大、抗电磁干扰能力强等特点,充分满足了大量数据通信的正确可靠的高速传输和处理需求。而量子通信则是主要利用量子叠加态和纠缠效应,进行信息传递的新型通信方式,基于其量子力学中的不确定性测量坍塌和不可克隆等原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证,有着广阔的应用前景。

  量子物理学家、中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟指出,量子通信本质上是量子密钥的传输,利用量子纠缠可以将量子信息传输到另一个地点,而不是传送信息载体本身,属于被严格证明的“无条件安全通信方式”。

  中电信量子科技有限公司副总经理查子龙解释说,量子通信实际上是利用量子态作为信息载体来进行信息交互的通信技术,在原理上确保非授权方不能复制与窃取量子信道内所传递的信息,安全性方面远高于目前的通信方式,属于被严格证明的“无条件安全通信方式”。量子通信会将信息进行加密传输,在这个过程中密钥不是一定的,用户每次发起“量子密话”时,量子密钥是从量子密钥分发网上实时取得的,每一次都是随机性的,而且密钥只能用一次,下次通话会实时生成一个新密钥作为会话密钥。也就是说,量子密钥的分发是利用了量子通信的方式来完成的,保障通信双方能够共同拥有密钥,使用量子传输,可以避免被截取和破译,如果这个通信被监听或者截取,就会即时破坏掉这种量子态,通信双方也能第一时间得知他们的通信遭到了破坏,从而切换密钥或者改变通讯方式。

  商用加快

  近年来,我国量子通信技术无论是在研发上还是在落地实践上都加快了步伐。

  “墨子号”量子科学实验卫星于2018年12月立项,是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。2016年8月16日发射升空后,在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发、高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等实验。

  标志着量子通信技术落地的“京沪干线”项目于2013年7月立项,2017年9月29日开通,整个项目建设周期为42个月。建设期间,“京沪干线”项目组突破了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控监控等系列工程化实现的关键技术,并成功实现了首次洲际量子通信。

  在2017年量子保密通信“京沪干线”与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上,中国科学技术大学教授潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等,与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院,以及中国有线电视网络有限公司合作,成功组建世界上首个集成了700多条地面光纤量子密钥分发链路和两个卫星对地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络。

  目前,我国在量子加密通信的核心指标密钥分发效率上也取得了重大突破。2017年,量子加密通信的光纤密钥分发效率为28.4kbps/s,最高能够达到235.4kbps/s,够1.2万个用户同时进行加密,现在这一速率已经提升了40倍。未来星地的量子加密通信网络还会随着技术的提升、基础设施的升级以及量子卫星的增加,不断地提高性能。当拥有了十几颗或者几十颗的量子通信卫星之后,量子加密通信将能实现全球覆盖,再结合地面站和地面接收与发射设备的小型化以及便携化,届时,降低了成本的量子加密通信将会变成一种经济高效的安全通信网络。

  任何通信技术的落地都离不开运营商支持,目前三大运营商在量子通信的商用上动作频频。