承載保密傳輸?shù)牧孔油ㄐ?

8月1日，工業(yè)和信息化部發(fā)布三項(xiàng)量子保密通信相關(guān)的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將進(jìn)一步推動(dòng)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)及有關(guān)設(shè)備的成熟發(fā)展，鞏固我國(guó)在量子保密通信領(lǐng)域的領(lǐng)跑地位。
過(guò)去，我們秘密傳遞一句話(huà)，可以把這句話(huà)中的每一個(gè)字放入一個(gè)盒子里，當(dāng)接收者按順序收到并打開(kāi)盒子后就可獲知完整的一句話(huà)?？墒牵`密者可以通過(guò)取出盒子悄悄閱讀盒子里的內(nèi)容，再放回去或者制造一個(gè)同樣的盒子來(lái)替換信息，而信息接收方卻不知信息已被竊取甚至被替換。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們把信息加載到單個(gè)光子的振動(dòng)方向上。單光子是能量最小的組成單元，不可再被分割，并依據(jù)量子不可克隆定律，其狀態(tài)也無(wú)法被精確復(fù)制，任何竊聽(tīng)行為都會(huì)造成擾動(dòng)，從而可被通信雙方察覺(jué)并進(jìn)行規(guī)避，這就決定了量子保密通信是無(wú)條件、安全的。也正因如此，量子通信被看作目前最為安全的信息傳輸手段之一。
由于在遠(yuǎn)距離通信中，單個(gè)光子很容易被光纖吸收或散射，所以每隔一段距離就要建設(shè)一個(gè)可信中繼站，確保信息的傳輸，同時(shí)各個(gè)站點(diǎn)之間由量子密鑰生成系統(tǒng)來(lái)生成密鑰，對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密。這些站點(diǎn)之間的密鑰不斷傳輸，就構(gòu)成了整條量子保密通信干線(xiàn)。作為世界上首條量子保密通信干線(xiàn)——量子保密通信京滬干線(xiàn)的總控中心，從2014年開(kāi)始建設(shè)，突破高速量子密鑰分發(fā)、可信中繼傳輸、大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控監(jiān)控等系列工程化實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，主要承載重要信息的保密傳輸。
2017年9月，量子保密通信京滬干線(xiàn)正式開(kāi)通，它和2016年8月發(fā)射成功的世界上首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”一起，為中國(guó)在全球率先構(gòu)建出首個(gè)天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形，為實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)邁出堅(jiān)實(shí)的一步。
在這條天地鏈路上，量子保密通信京滬干線(xiàn)覆蓋的面積從北京到上海，光纖總長(zhǎng)2000多公里，又通過(guò)“墨子號(hào)”衛(wèi)星連到烏魯木齊，橫跨2600多公里，被稱(chēng)為“跨越4600公里的天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)”。在這個(gè)總控中心，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋了32個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中包括北京、濟(jì)南、合肥和上海4個(gè)量子城域網(wǎng)，目前已開(kāi)始為金融、電力、政務(wù)等行業(yè)的150多家用戶(hù)提供保密通信服務(wù)。這些應(yīng)用，驗(yàn)證了這條干線(xiàn)可以抵御所有已知的量子黑客攻擊。
科學(xué)家們還通過(guò)這條天地鏈路與奧地利地面站的衛(wèi)星進(jìn)行量子通信，實(shí)現(xiàn)了世界首次洲際量子保密通信。
未來(lái)，量子保密通信京滬干線(xiàn)將推動(dòng)量子通信在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步建立起完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國(guó)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)。
（作者系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院行政管理專(zhuān)員，第九屆全國(guó)科普講解大賽二等獎(jiǎng)獲得者）