量子通信“京滬干線”開通 安徽省長“嘗鮮”

在黑客無處不在的今天，量子通信是迄今唯一被嚴(yán)格證明無條件安全的通信方式，可以有效解決信息安全問題。昨天下午，一場特殊的量子加密視頻電話從北京打到了合肥，中國科學(xué)院院長、黨組書記白春禮與安徽省省長李國英，通過量子加密視頻會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行了遠(yuǎn)程高清量子加密視頻通話，信號穩(wěn)定、畫面清晰、傳輸流暢。至此，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通。這標(biāo)志著我國在量子通信技術(shù)的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化方面走在了世界最前沿，為搶占下一代世界信息技術(shù)制高點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。

9月29日，“京滬干線”項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉院士在開通儀式上介紹相關(guān)情況。新華社圖片

保密等級最高的視頻通話

昨天下午，白春禮院長在北京中關(guān)村軟件園的國家量子保密通信“京滬干線”北京控制中心暨星地一體管控樞紐，與在“京滬干線”合肥總控中心的安徽省省長李國英進(jìn)行了通話。隨后，白春禮院長又通過“墨子號”量子衛(wèi)星與奧地利地面站的衛(wèi)星量子通信，實(shí)現(xiàn)了與奧地利科學(xué)院院長塞林格教授的世界首次洲際量子保密通信視頻通話。這些通話的保密級別就是世界最頂級的黑客也會(huì)感到無能為力。

“京滬干線”項(xiàng)目是2013年7月由國家發(fā)改委批復(fù)立項(xiàng)，由中科院統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)作為項(xiàng)目建設(shè)主體承擔(dān)，由安徽省、山東省、合肥市和濟(jì)南市共同配套投資建設(shè)并得到了上海市、北京市的大力支持，中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司、山東信息通信技術(shù)研究院、中國科大先進(jìn)技術(shù)研究院、中國銀行業(yè)監(jiān)督管理委員會(huì)等單位協(xié)作建設(shè)。整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)周期42個(gè)月，2016年底完成了全線貫通和星地一體化對接，經(jīng)過半年多的應(yīng)用測試和長時(shí)間穩(wěn)定性測試，于2017年8月底在合肥完成了全網(wǎng)技術(shù)驗(yàn)收。

建成后的“京滬干線”，實(shí)現(xiàn)了連接北京、上海，貫穿濟(jì)南和合肥全長2000余公里的量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)，通過 墨子號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星興隆地面站與“京滬干線”北京上地中繼接入點(diǎn)的連接，真正打通了天地一體化廣域量子通信的鏈路，并通過 “墨子號”量子衛(wèi)星與奧地利地面站的衛(wèi)星量子通信，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了洲際量子通信。

在視頻金融領(lǐng)域示范應(yīng)用

量子通信是迄今唯一被嚴(yán)格證明無條件安全的通信方式，可以有效解決信息安全問題，在我國尖端技術(shù)全面緊追世界先進(jìn)水平的今天，量子通信已經(jīng)走在了世界前列，并持續(xù)保持著優(yōu)勢地位。中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院研究團(tuán)隊(duì)首次將量子通信的安全距離突破百公里，打開了量子通信技術(shù)實(shí)用化的大門。2016年又將安全距離突破到404公里，實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的點(diǎn)到點(diǎn)光纖量子密鑰分發(fā)，突破了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測和大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控等關(guān)鍵技術(shù)，提出并實(shí)現(xiàn)了可實(shí)用的可信中繼方法，保證了城際量子通信順利實(shí)現(xiàn)。

據(jù)介紹，“京滬干線”全線路密鑰率大于20kbps，可滿足上萬用戶的密鑰分發(fā)業(yè)務(wù)需求。量子衛(wèi)星興隆地面站到北京接入站點(diǎn)全線密鑰率大于5kbps，可滿足基本數(shù)據(jù)通信需求。業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，已實(shí)現(xiàn)北京、上海、濟(jì)南、合肥、烏魯木齊南山地面站和奧地利科學(xué)院6點(diǎn)間的洲際量子通信視頻會(huì)議，交通銀行京滬間遠(yuǎn)程企業(yè)網(wǎng)銀用戶的量子保密通信實(shí)時(shí)交易，中國工商銀行網(wǎng)上銀行京滬異地?cái)?shù)據(jù)的量子加密傳輸和災(zāi)備，阿里征信數(shù)據(jù)的異地加密傳輸以及量子加密流媒體視頻點(diǎn)播等應(yīng)用示范。

未來有望構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)

“京滬干線”首席科學(xué)家、中國科大教授潘建偉介紹說，京滬干線與墨子號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的完美對接，預(yù)示著天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形已經(jīng)形成。未來將以“京滬干線”為基礎(chǔ)，推動(dòng)量子通信在金融、政務(wù)、國防、電子信息等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

記者了解到，下一步將啟動(dòng)量子保密通信骨干網(wǎng)二期工程，建設(shè)“武合干線”“滬杭干線”等，開拓古巴、伊朗等海外市場，建設(shè)城域網(wǎng)工程項(xiàng)目，最終形成多橫多縱、天地一體的全球化量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，建立完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)，最終構(gòu)建基于量子通信安全保障的量子互聯(lián)網(wǎng)。“京滬干線”的建成和開通將吸引和培育一批量子保密通信領(lǐng)域的上下游企業(yè)，使量子保密通信產(chǎn)業(yè)成為我國重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖客戶端記者 陳牧

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基本原理：量子是不可克隆的

潘建偉說，講述量子通信的科學(xué)原理，還得從量子力學(xué)講起。這是一個(gè)與經(jīng)典力學(xué)差異很大的物理學(xué)分支，是迄今為止描述微觀世界最準(zhǔn)確的理論。

一個(gè)物理量如果不能連續(xù)變化，只能取一些分立的值，這個(gè)量就是量子化的。好比上臺(tái)階，只能上一級臺(tái)階，而不能上半級。宏觀世界里的物理量似乎都能連續(xù)變化，但在微觀世界，許多物理量是量子化的，即存在一個(gè)最小的單位，不能再往下細(xì)分。

量子力學(xué)描述世界的語言與經(jīng)典力學(xué)有根本區(qū)別。經(jīng)典力學(xué)描述一個(gè)物體的狀態(tài)，會(huì)給出它的明確位置；量子力學(xué)描述一個(gè)微觀粒子的狀態(tài)，給出的則是疊加態(tài)——這個(gè)粒子在某些情況下既可能在這里，也可能在那里，沒有確定位置。好比孫悟空的分身術(shù)，一個(gè)孫悟空同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)地方，孫悟空的各個(gè)分身就像是他的疊加態(tài)。在通信領(lǐng)域，經(jīng)典通信的信號只有0和1，量子通信不但有信號0和1，還有0+1、0-1等量子疊加態(tài)。

量子疊加原理導(dǎo)致了量子不可克隆原理：在量子力學(xué)中，不可能實(shí)現(xiàn)對一個(gè)未知量子態(tài)的精確復(fù)制，這是量子通信達(dá)到“無條件安全”的基本科學(xué)原理之一。

如何加密：竊聽會(huì)擾動(dòng)量子態(tài)

任何經(jīng)典通信都存在被竊聽的可能性。如打電話時(shí)，他人可通過竊聽器，從通信線路的信號中分出一些，使其進(jìn)入另一根線路。竊聽時(shí)，0和1這兩種信號不會(huì)被擾動(dòng)，所以通話者無法察覺。

與經(jīng)典通信不同，量子通信可以將信息編碼，加載到單個(gè)光子的量子疊加態(tài)的偏振方向上。單光子是光能量的最小組成單元，不能被再分割，量子狀態(tài)無法被精確復(fù)制，任何竊聽行為都會(huì)對其造成擾動(dòng)，從而被通信雙方察覺并規(guī)避。通過量子態(tài)傳輸，通信雙方協(xié)商生成量子密鑰，再加上對信息進(jìn)行“一次一密”的加密保護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)信息在傳輸中的完全隨機(jī)、不可破譯，從根本上解決通信安全問題。

據(jù)預(yù)測，未來數(shù)年內(nèi)，量子通信將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。經(jīng)典通信的硬件設(shè)施不會(huì)被取代，只需在原有設(shè)施上“錦上添花”——在通信發(fā)送端和接收端安裝單光子探測器、量子網(wǎng)關(guān)等量子加密設(shè)備，即可在電話、傳真、光纖網(wǎng)絡(luò)等原有通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)量子通信，安全性大幅提升。

名詞解釋

京滬干線

全球首條量子保密通信干線。作為“天地一體化”的地面設(shè)施，“京滬干線”總長2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海。利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，京滬兩地的金融、政務(wù)等機(jī)構(gòu)可進(jìn)行保密通信。

京滬干線于2013年7月由國家發(fā)改委批復(fù)立項(xiàng)，由中科院統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)作為項(xiàng)目建設(shè)主體承擔(dān)，由安徽省、山東省、合肥市和濟(jì)南市共同配套投資建設(shè)并得到了上海市、北京市的大力支持，中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司、山東信息通信技術(shù)研究院、中國科大先進(jìn)技術(shù)研究院、中國銀行業(yè)監(jiān)督管理委員會(huì)等單位協(xié)作建設(shè)。2016年底完成了全線貫通和星地一體化對接，經(jīng)過半年多的應(yīng)用測試和長時(shí)間穩(wěn)定性測試，于2017年8月底在合肥完成了全網(wǎng)技術(shù)驗(yàn)收。

墨子號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

于2016年8月16日在酒泉成功發(fā)射升空，是世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。2017年1月18日，墨子號圓滿完成了4個(gè)月的在軌測試任務(wù)，正式交付用戶單位使用。昨天下午，中國科學(xué)院院長白春禮在在北京通過墨子號量子衛(wèi)星與奧地利地面站的衛(wèi)星量子通信，實(shí)現(xiàn)了與奧地利科學(xué)院院長塞林格教授的世界首次洲際量子保密通信視頻通話。

中國量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士介紹說，如果說地面量子通信構(gòu)建了一張連接每個(gè)城市、每個(gè)信息傳輸點(diǎn)的“網(wǎng)”，那么量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星就像一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標(biāo)槍”。當(dāng)這張縱橫寰宇的量子通信“天地網(wǎng)”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。

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