量子通信為什麼是「無條件安全」的通信方式？

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via 量子通信：絕密不可破譯的通信方式

目前學術界不再使用無條件安全(Unconditional security), 而是使用Information theoretical security這一術語，其安全性是高於現行的基於計算複雜性密碼體系。Shannon證明若通信雙方能夠分享無限長的密鑰，同時結合一次一密就可以達到
Information theoretical security。而量子密碼或者說量子密鑰分發，就是利用量子力學的基本原理，用單個光子或者其他微觀粒子的量子態做載體，來實現通信雙方分享無限長的密鑰，若有人去竊聽，勢必會改變其量子狀態，這樣通信雙方就可以發現竊聽。若沒有竊聽，則用該密鑰就可以實現
Information theoretical security。

今年7月，我國將發射世界首顆量子科學實驗衛星，並在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。

今年9月，量子通信的核心環節：密鑰（加密、解密的鑰匙）傳輸實驗，將搭乘天宮二號空間實驗室，上天展開實驗。

這意味著，世界上第一封絕對不會被截、被破、被複制、只能是天知地知、你知我知的密信，將要誕生。

為什麼要發量子衛星？開展保密通信實驗

在衛星界，一般大衛星都至少上噸，量子通信衛星在塊頭上，算是秀氣的小衛星，只有640公斤。它有點像人類中一些出類拔萃的小個子奇才，在實現天、地光學設備對準之後，這顆量子衛星將執行的一個主要任務：天地之間的量子保密通信。

傳統的通信加密和傳輸安全，都是依賴於複雜的演算法。說白了，是欺負計算機來不及算出所有的可能。

比如，為了對一個400位的阿拉伯數字進行因子分解，目前最快的超級計算機將耗時上百億年；所以，現在的數字密碼體系是安全的。

可是，目前全世界都盯著量子計算機的研發。一旦出現具有相同時鐘脈衝速度的量子計算機，只需大約1分鐘便可計算完畢。

即便是再高級的保密通信，只要是通過當前的電話線、無線電、光纖等手段，都會面臨被破譯和竊聽的可能。在計算能力兇猛的量子計算機面前，傳統傳輸的密件，就像在裸奔一樣。

所以科學家要嘗試量子通信，由量子來押鏢這趟信息傳輸的征程。因為通俗地說，它傳輸的是光粒子，而不是數字。

量子衛星為啥能保證密碼：不被破解、複製

今年9月將發射升空的天宮二號空間實驗室，會攜帶中國科技大學潘建偉院士團隊的一個項目載荷（衛星平台所攜帶的儀器和設備）：天地量子密鑰傳輸實驗。

這一系統用於驗證量子密鑰分發的核心環節，實現量子密鑰的天地分發。

第二次世界大戰中，波蘭人和英國人成功破譯了德國著名的「恩格瑪」密碼，盟軍由此得知了德國的許多重大軍事行動；美軍破譯日本的高級密碼——「紫密」，從而擊斃了日本海軍大將山本五十六，一舉扭轉了美軍在太平洋戰場的被動局面。

這些都是人類歷史上，密碼攻防戰中的典型戰例。當然在量子通信傳輸加入保密界後，格局就不一樣了。

天宮二號上將要進行的這場實驗，是在密鑰的信道上，天地間傳輸密鑰。

在距離地球400公里的軌道上，天宮二號相對於地球的轉速，達到7.9公里/秒，天地密鑰傳輸就相當於在這樣的速度下，天上的一粒光子「拿著手電筒」，準確地發射激光找到地球基站上的一粒光子，點對點地進行直線傳輸。

浙江大學一位科學家在接受專訪時表示，光量子的物理特性，決定了這種傳輸方式的絕對安全。

「單光子不可被分割、測量。」

有一種截鏢方式，是直接打劫。但是如果在天上光子打向地面的過程中，被劫了，那麼地面上就一定無法再接受到這粒光量子了，這會讓接收方及時警惕情報已被盜。

「同時，量子態不可複製。」

還有一種情報截取手段，是暗度陳倉、複製情報。但是處於量子態的粒子，一旦被複制，原來的粒子也就毀了。這保證了信息不可被竊聽。

「量子通信方式，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。」

所以這是「一把」你知我知、天知地知的秘密鑰匙。

將來還有一張量子通信網

科學實驗的目標，是最終打造一張天地一體化的量子通信網。

在衛星成功進行多項實驗後，天地一體化量子科學實驗系統將投入正式運行。量子衛星首席科學家、中國科學技術大學教授潘建偉透露，「京滬幹線」大尺度光纖量子通信骨幹網工程，預計今年下半年交付。

這一工程將構建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網路，建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示範平台。結合量子衛星和京滬幹線，將初步構建我國天地一體化的廣域量子通信體系。

據了解，我國還將陸續發射多顆量子衛星，力爭在2030年前後率先建成全球化的廣域量子保密通信網路。

這張網路，是由一連串環繞全球、相互糾纏的粒子組成的。這樣的網路，能讓人們安全地共享密鑰，並且可以確鑿無疑地發現竊聽企圖。

任何對信息的讀取在極高的概率上都會導致信息被修改，所以竊聽必然會被發現

因為只能被讀取一次！