为通信加密！量子通信技术如何防窃听？

央广网记者 鹤佳 杨扬

据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，近日，知名学术期刊《自然·光子学》在线发表了来自中国科学技术大学的一项研究成果。中科大郭光灿院士团队的韩正甫教授及其合作者，近期实现了833公里光纤量子密钥分发，将量子密钥分发安全传输距离世界纪录提升了200余公里，向实现千公里陆基量子保密通信迈出重要一步。

量子密钥分发基于量子物理的基本原理，在信息安全层面上提供了窃听可感知的密钥分发手段。如何延长光量子密钥分发直接传输的安全距离，是当前极具挑战的难点和焦点之一。

什么是量子保密通信？为什么要提高量子通信的传输距离？量子通信技术有何作用，可以应用于日常生活中吗？

什么是量子通信？量子密钥在量子通信中起着何种作用？

日常生活中的通信是把人所看到的图像转变成电信号或是光信号，通过光缆或者电缆将电信号或光信号传至接收信号的远方，之后利用一个测量装备，再把电信号和光信号转变成声音与图像。

在物理学领域，学者们用物理量来代表信息。这个物理量可以被反复测量，每次测量出来的物理量都是一致的，即每次读出来的信息都一样。

量子通信则是把传统通信的物理量换成量子力学领域里独有的量子态。中国科学技术大学物理学院、中科院量子信息重点实验室的韩正甫教授表示，量子态不是常规的物理量，典型特征是测不准，量子态每被测量一次都会产生变化，导致测量出来的结果不尽相同，无法确保得到的结果是我们想要的结果，但是合法的两个通信者能够通过协议得到确定的信息，因此利用量子态来代表信息可以有效防止信息被窃听。

量子密钥是量子通信中保证通信过程不被人窃听的核心。

量子密钥是一组随机数。通信的双方会共享一组一样的量子密钥。之后用随机数跟通讯内容做一个变换，使通讯内容成为乱数。合法的通信者事先已经共享了密钥，因此合法接收者收到乱数之后可以利用密钥做反向变化，将信息从乱数中提取出来。而窃听者由于没有密钥，得到的只是一堆乱数，无法获得有效信息。

为何要提高量子密钥分发距离？如何提高量子密钥分发距离？

与传统通讯相比，量子通信的优势在于安全性，但是它也有一个弱点，随着传输距离增长，量子通信的传输速度会逐渐降低，一旦传输速度接近于0，传输无效。传输距离是量子通信领域中一个非常重要的指标，通过各种手段提升该指标是国际各国在量子通信领域争夺的重要方向。

国外目前量子通信最长传输距离是605公里，但605公里其实并不是真实的传输距离，其中的100多公里是用模拟的办法做出来的，单就传输距离而言，我国量子通信的传输距离比世界纪录多出300多公里。

不论是经典信号还是量子信号，信号在传输的过程中都会随着传输距离的增长而衰减。如果信号衰减到测量手段的极限以下，则无法通过测量得到信息，传输无效。测量的极限由噪声决定，如果信号比噪声小，测量得到的主要就是噪声而非信号。因此提升信噪比成为增加传输距离的关键技术难点和技术指标。

提升信噪比主要有两种手段。第一种是让两边的传输信号保持高度一致，在传输过程中利用反馈控制等手段抑制噪声，提高信噪比。光纤传输路径中所耦合进来的各种干扰也在很大程度上影响信噪比。因此第二种手段就是将干扰屏蔽在信号以外，或是只产生绝对的干扰，不产生相对的干扰，这样就能得到更高的信噪比。

量子保密通信对我们有什么意义？

量子保密通信的重点不在于“量子”，而在于“保密”。

从国家层面来说，量子保密通信技术的发展可以提高国家的信息安全水平。但量子通信技术目前在民间并没有大范围普及应用。全国性的量子通信网络尚未建立，相关的消费成本也十分高昂，无法提供人对人的产品和服务。量子通信技术出现后如何应用于公民的日常生活，这一问题目前还属于探索阶段，量子通信技术的日常应用也尚未得到市场的完全加持。

韩正甫表示，国内已经有许多厂家在生产量子通信的设备。虽然目前还没达到全民普及量子通信技术的程度，但量子通信技术的储备是必要的，未来若有机会大规模铺展该技术，我国也能够提供坚实的技术保障。

转载自中国科技网