星際旅行或將不再是夢

星際旅行或將不再是夢

量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底，因為一旦有人試圖打開“信件”，量子密鑰會讓“信件”自毀，并讓使用者知曉。

8月16日凌晨，我國發射的世界上首顆量子科學實驗衛星“墨子號”順利升空，中國將成為全球第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家，邁出量子通信網絡建設的第一步。到今年年底，“京滬干線”項目將會完工，這條干線能夠完全保障通信安全，即便國外技術手段再先進，也無法破解中國的量子密鑰分配技術。

該怎么理解“量子”

量子是構成物質的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個光子”，同理，也不存在“半個氫原子”“半個水分子”等等。量子世界中有兩個基本原理：

——量子疊加，就是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經形象地表述為“一只貓可以同時既是活的又是死的”。

——量子糾纏，類似孫悟空和他的分身，二者無論距離多遠都“心有靈犀”。當兩個微觀粒子處于糾纏態，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應改變。

機器人都是預先設置好程序的，而人是有意識和自由意志的。研究發現，人腦中的思維機制與量子疊加、量子糾纏或許存在相似之處。所以也有學者認為，未來可望創造出與人腦一樣運行的人工智能機器人。

真到這種程度，機器與生物之間的界限已經非常模糊。這目前還只是一種暢想，未來究竟怎樣還得拭目以待。

此外，“量子態隱形傳輸”也在研究之中，它是基于量子疊加和量子糾纏的特性，就是甲地某一粒子的未知量子態，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實傳輸的是粒子的量子態，而不是粒子本身。這種狀態傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動”。

現在，在光子、原子等層面已經實現了量子態隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠遠做不到。因為科幻電影里人的傳送，不僅需要把人的實體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現意識和記憶就更復雜了。

不過，隨著科學的發展和技術的進步，也許未來我們還是可以實現人的量子隱形傳態，到那時星際旅行便不再是夢。

通信“絕對安全”，能改寫二戰歷史

說到量子通信的“絕對安全”，必須說說傳統通信加密方法的不安全。比如在二戰時期，日本海軍所有單位使用同一套密碼本，密碼都是規定死的，一旦對戰一方繳獲密碼本或者破解了部分密碼，日軍各單位之間用密碼傳輸的軍事機密也就不再是機密了。美軍就是破解了這個密碼，成功摸清了日軍海軍總司令山本五十六的行蹤并將其擊斃。

到了現代通信中，人們陸續使用DES、AES、RSA等加密算法，但是說白了，它們的難以破解主要是依賴復雜的算法，普通計算機無法算出所有的可能性，也就破解不出來。隨著計算能力的不斷提高，尤其是計算能力超乎想象的量子計算機，在復雜的算法要破解也是分分鐘的事。

量子計算便如可攻破一切傳統保密系統的“利矛”。同樣源自量子理論的量子通信技術又為保密提供了新手段。

量子通信則是對傳統通信方式的一場顛覆，因為它傳輸的不是數字，而是光粒子。“墨子”要做的“量子密鑰”分發實驗，就是將數字密鑰儲存在特殊的量子信息中，并在量子通信線路中傳輸。在這個過程中，量子衛星發射的每一個光子的方向都是隨機的，只要方向不對，傳輸就可能出錯進而失敗，也就是說接收方接到的是一連串有對有錯隨機排列的東西。等整個量子通信結束后，衛星再和接收方聯系一下，刪掉那些傳輸失敗的部分，剩下的就是這次量子通信中隨機產生的密碼。

打了個比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開，就會留下泄密的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底，因為一旦有人試圖打開“信件”，量子密鑰會讓“信件”自毀，并讓使用者知曉。量子通信可從根本上、永久性解決信息安全問題，成為保密領域新的“堅盾”。

目前，不論是基于民用還是軍用的互聯網，全世界13個根服務器沒有一個在中國。這是我國的網絡信息安全最大的威脅。每天互聯網留存的數據都在國外的服務器上轉換，從根本上講，我們的數據信息無保密性可言。如果我們通過量子衛星和量子通訊的突破，解決了最根本的通訊安全問題。那不論是從國家安全方面來說，還是國防，都會得到很大的幫助。另外從民用角度，如果我們廣泛使用量子通訊技術，那目前的一些網絡詐騙之類的問題也就可以得到有效的遏制。

10年后走進我們的生活，不再怕網銀被盜

被稱為“京滬干線”的地面量子通信網絡，是“天地一體化”量子通信網絡的地面組成部分。對于“京滬干線”的建設原理，潘建偉解釋道：在建設地面量子通信網絡的工程中，主要的應用都集中在城市范圍內，將城市之間的城域網連接起來實現城際量子通信非常關鍵。

據介紹，目前的技術僅能夠達到點對點百公里量級的量子通信，所以就需要通過建立可信任的中繼站點來起到信息中轉的作用，連接相距數百公里兩個城市的量子通信網絡。已經建立起來的北京、濟南、合肥、上海四個量子通信城域網，將在可信中繼的幫助下，通過光纖串聯起來，構成量子通信的“京滬干線”。

量子保密通信“京滬干線”將在2016年下半年全線開通，將應用于金融、電子、政務等多方面領域的信息傳輸。比如，科學家可以用量子通信構建“量子互聯網”，所有語音、文字、視頻、圖片都使用這種安全網絡傳輸，不用你的各種小秘密被其他人竊聽。如果用在金融機構，銀行可以給每個用戶配備獨一無二的“量子身份證”，密碼被盜、銀行卡被盜刷、手機支付被黑等情況將基本滅絕。量子通信技術還可以走進家家戶戶，在家里安裝上相關設備，連水表電表數據、訂閱了什么電視頻道等等，都可以實現保密。

如果“墨子”能順利完成任務，科學家們將繼續發射更多顆量子衛星，它們將與地面量子通信干線一起，形成“天地一體”、覆蓋全球的量子通信安全網絡，屆時政府、軍隊和銀行，乃至全社會都將獲益。

據設想，量子通信有望在10年左右的時間走進千家萬戶，每家每戶的網上銀行、網絡支付、手機支付等，都能享受到量子通信所帶來的安全性保障。到2030年左右，中國力爭率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡。就像計算機曾經做到的一樣，改變這個世界。

（《國際先驅導報》2016.8.18、新華網2016.8.16等）