量子通信成国家信息安全重要屏障

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新闻联播昨晚聚焦量子通信，量子信息专家潘建伟带动我国的量子信息技术迅速跻身世界一流水平。眼下，他和他的团队正全力投入全球第一条量子通讯保密干线的建设。和传统通讯相比，通过光量子传输数据，一旦有人窃取信息，使用者就会收到误码。正在建设的量子保密传输干线从北京到上海，沿途经过济南、合肥，全长2000多公里。从北京到上海，沿途城市的政府公务信息，银行金融系统信息等都可以使用量子保密传输。汉缆股份、三维通信属于量子通信概念股。

　

　　中国开建全球最长量子通信干线

　　在量子通信的世界竞技场上，中国尽管属于后来者，但起点高、进展快，多方面已达世界先进，其中在城域网上的使用基本成熟，已经可以推广。

　　据英国《自然》周刊4月24日报道，中国已开始建设世界上最远距离的光纤量子通信干线—连接北京和上海，距离达到2000公里，有望于两三年内投入使用。

　　牵头实施该工程的团队带头人，是中国科学技术大学的潘建伟教授。据《人民日报》报道，潘建伟团队早在2005年便在世界上第一次实现了13公里自由空间量子通信实验，证实了星-地量子通信的可行性。2008年，建成了光量子电话网，实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话。

　　2012年初，潘建伟团队在合肥建成世界上规模最大的46节点量子通信试验网，标志着大容量的量子通信网络技术已取得关键突破。

　　在量子存储和量子中继器技术方面，潘建伟团队也处于国际领先地位。2012年，该团队的量子储存试验，实现了3.2毫秒的存储寿命及73％的读出效率，在国际上同类实验结果中指标最好。

　　而美国巴特尔纪念研究所，正在建设650公里长的量子通信线路。他们计划在此基础上建立连接美国主要城市、总长超1万公里的环美国量子通信网络。

　　量子通信的国际竞争，好戏才刚刚开场。

　　新闻联播昨晚聚焦量子通信，量子信息专家潘建伟带动我国的量子信息技术迅速跻身世界一流水平。眼下，他和他的团队正全力投入全球第一条量子通讯保密干线的建设。和传统通讯相比，通过光量子传输数据，一旦有人窃取信息，使用者就会收到误码。

　　正在建设的量子保密传输干线从北京到上海，沿途经过济南、合肥，全长2000多公里。从北京到上海，沿途城市的政府公务信息，银行金融系统信息等都可以使用量子保密传输。

　　近期，信息安全领域广受关注，自去年“棱镜门”事件的催化及今年2月中央网络和安全信息化小组成立，网络信息安全已上升成为国家战略。此前中央机关禁用win8、网络安全审查制度将出台、银行或弃用IBM服务器标志着我国在信息安全上又跨出了一大步，可以预计今年将是我国信息安全领域的大年。在此国际大环境之下，安全的信息传输就显得尤为重要，随着第一条量子通信保密干线的建设，量子通信将成为国家信息安全的重要神器，相关产业也将引来发展良机。

　　

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什么是量子保密通信？


　　保密通信分为加密、接收、解密三个过程：发送者将需要发送的内容通过某种加密规则（密钥）转化为密文；接收到密文后，接收者采用与加密密钥匹配的解密密钥对密文进行解密，得到传输内容。

　　在整个通信过程中，如何保证密钥的保密性和不被破解是最为关键的问题。目前，广泛用于网络、金融行业的密钥安全性由数学计算来保证。

　　量子保密通信的过程与此类似，只是用微观粒子携带的状态信息作为加密和解密用的密钥。可不能小看这看似“微小”的变化，它使密钥的安全性发生了翻天覆地的变化。

　　因为量子密钥安全性不再由数学计算，而是由微观粒子所遵循的物理规律来保证，窃听者只有逾越物理世界的法则才有可能盗取密钥。

　　而从目前前看来，这几乎是不可能的任务。不仅如此，量子保密通信还使窃听者无处藏身，因为任何窃听行为都会扰乱传送密钥的量子状态，从而留下痕迹。

　　如何实现量子保密通信？

　　量子保密通信真正进入科学家的视野是在1984年。这一年，华生实验室工程IBM 师本奈特（Charles　Bennett）和布拉萨德（Gilles　Brassard）提出了全新的BB84保密通信协议。量子的某些基本物理特性开始成为保密通信中的主角。

　　与其他保密通信协议一样，本奈特和布拉萨德的方案中也有一个信息发送者爱丽丝和一个接收者鲍勃。不同的是，爱丽丝用光子的不同偏振态来传输密钥的键值。爱丽丝按照直线（上下或左右）或者对角线（与垂直呈45度夹角）偏振的方式发出携带着不同信息的光子。

　　鲍勃收到光子后，并不知道发送方式，只能随机选择测量方式。当他的测量方式与爱丽丝的相同时，就能得到正确的密钥值，如果测量方式错误，光子就有一半概率给出错误的密钥值。最后，爱丽丝可以通过公开渠道告诉鲍勃正确的测量方式，从而筛选出正确的键值构成密钥。

　　如果有人企图窃听又会如何呢？按照海森堡测不准原理，任何测量都无法穷尽量子的所有信息。

　　因此，窃听者要复制一个完全相同的光子根本是不可能的事情。他只有在中途拦截光子进行测量，然后按照测量到的信息发送一个相同的粒子。

　　与鲍勃一样，窃听者伊娃这时只能随机选择测量方式。而按错误测量方式得到的信息必然会误导她发出错误的光子信号。当爱丽丝与鲍勃对照密钥时，这些蛛丝马迹就会“供出”窃听者的存在。

　　伊娃用错误方式接收光子的概率为50%，鲍勃有50%的可能用正确方式接而收这个光子，因此每窃听一个光子，窃听者有25%的可能被发现。这似乎是一次成功的窃听。但往往密钥并非只由一个光子信息组成，密钥长度增长至72个光子时，当伊娃仅有十亿分之一的可能不被发现。这真是应了一句古话：常在河边走，哪有不湿鞋。

　　1991年，国科学家埃克特（Artur英Ekert）又提出了一套新想法。在这套被称作E91的通信协议中，量子纠缠态被用于传输和保证信息安全。

　　根据这种被爱因斯坦称作“幽灵般超距作用”的量子行为，在两个粒子经过相互作用后似乎就具有了某种“心电感应”无论距离：多远，只要一个粒子的状态发生变化，另一个粒子也会改变状态。这种“心电感应”几乎是在瞬间发生，远远超过光速。

　　如果爱丽丝和鲍勃各持有这样一个粒子，爱丽丝只要对粒子进行某种操作，这个信息就会瞬间传输到鲍勃处。在E91协议中，爱丽丝和鲍勃先各自随机选取方式对各自的粒子进行测量，然后选取双方使用了相同测量方式得到的结果作为密钥。

　　而要检测是否有窃听者，爱丽丝和鲍勃只要挑选出他们使用了不同测量方式的粒子，检测它们是否仍然是纠缠粒子对就可以了。如果两个粒子不再具有“心电感应”那必定有人在传，输途中“偷梁换柱”。

　　E91、BB84及其1992年的变体B92协议是构成了目前应用最广泛的量子保密通信体系，或将它们稍加变化，或互相借鉴，科学家们希望藉此实现最安全、有效、便利的保密通信。

　　量子通信到底有多远？

　　本奈特和布拉萨德1984年用全新的通信协议叩开量子保密通信的大门，至今1/4个世纪过去了，量子保密通信离走进寻常百姓家仍有一段距离。究竟是什么阻挡了人类的脚步？

　　1989年，华生实验室里一个被称作“玛莎阿姨的棺材（Aunt Martha's　coffin）的小盒”子中，光子携带着密钥信号走过了30厘米的距离，证实了量子保密通信的可行性。1993年，英国国防部又将这一纪录提高到10公里。

　　但在实际操作中，科学家发现虽然已经有了完备的密钥分发协议，但诸如如何得到单个光子源，如何减少光子信号在传输过程中的损耗等问题却始终限制着量子通信的实际应用。

　　从理论上预计，光纤以及周围环境对光子信号的干扰，将使量子信号的最大传输距离限制在100公里量级。而2007年，美国科学家已经利用光纤实现了距离为148.7公里量子通信，突破理论预计的极限。

　　通信信号衰减、被干扰等情况也同样出现在传统的通信过程中，但电子中继器的发明，使通信信号能经过一番“能量补给”或“整形”后继续传输。

　　类似于电子中继器，奥地利科学家提出了“量子中继器”的想法，希望通过量子存储技术与量子纠缠交换实现信号补偿。

　　2008年，我国科学家把这一想法变成了现实。在300米长的光纤连接的冷原子系综之间，潘建伟小组实现了原子系综之间的量子纠缠，并将纠缠态读出、传递给新的光子继续传输。也就是说，光子经过长途旅行“精疲力竭”只需进入量子中继后，器，可将传递信息的任务交给其他光就子。单个光子的传输距离缩短，再加上量子中继器的纠缠信号纯化功能，自然能使整个通信过程的质量得到极大保障。难怪2008年8月28日出版的《自然》杂志将这项工作称之为“扫除了量子通信中的一大绊脚石”。

　　为提高通信质量，科学家们还在作如何减少干扰源方面的努力。2006年，欧洲科学家让光子在自由空间而不是光纤中完成了一次量子通信过程。通信在相距144公里的西班牙加纳利群岛的La　Palma 岛和Tenerife岛之间根据E91协议展开，2007年又根据BB84协议将实验重复了一次。

　　科学家希望通过这种方式检测通过卫星进行量子通信的可能性。因为地球的高层大气远比地球表面大气稀薄，粒子较少，因此量子信号在地面和卫星之间传输时受到的干扰和衰减的机会也大大减少。为了在实验中捕捉光子信号，科学家还动用了欧洲太空署光学地面站的望远镜。

　　小资料

何谓“定制入口组织”
　　■15年中，定制入口组织获得了有关中国国内所发生的“最好的、最可靠的情报”
　　“每当美国批评中国黑客攻击美国目标，中国就会说自己也是受害者，且大部分针对中国的网攻来自美国。原来中国政府的说法基本上是正确的。美国”《外交政策》杂志近期发文披露称，一系列机密信息显示，正陷入“监听门”境的美国国家安全局窘（NSA）设有一个名为“定制入口组织”（TAO）的秘密机构，在过去15年时间里，TAO已成功渗透进入中国计算机
　　及电信系统，获得了有关中国国内所发生的“最好的、最可靠的情报”。
　　■TAO核心机构拥有约600名黑客，全天24小时轮班
　　报道引述NSA前官员的话称，TAO的任务非常简单，那就是偷偷潜入国外目标的计算机及电信系统，破解密码，解除保护目标计算机中的电脑安全系统，盗走存储在计算机硬盘上的数据，然后复制所有的信息及数据后，通过电子邮件及短信发送系统进行传输，达到收集情报资料的目的。
　　报道说，现在TAO是国安局信息情报理事会最大、最重要的组成部分，有超过1000名军队及民间的计算机黑客、情报分析家、目标定位专家、计算机硬件及软件设计师、气工程师电等。TAO的核心机构是一个名叫“远程行动中心”（ROC）的超现代行动组织，拥有大约600名军方和民间电脑黑客，每周7天、全天24小时轮班工作。

　　名词解释

量子纠缠
　　追溯量子通信的起源，还得从爱因斯坦的“幽灵”——量子纠缠的实证说起。
　　由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑，几十年来，物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。
　　1982年，法国物理学家艾伦　爱斯·派克特（Alain　Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum　entang　lement）的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。
　　从笛卡儿、利略、顿以来，伽　牛西方科学界主流思想认为，宙的宇组成部分相互独立，们之间的相它互作用受到时空的限制（即是局域化的）。
　　量子纠缠证实了爱因斯坦的“幽灵”——超距作用的存在，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，
　　是非局域的，宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。
　　在量子纠缠理论的基础上，1993年，国科学家本奈特提出了美量子通信的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式，利它用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信概念的提出，爱因斯坦的　幽使　“灵”——量子纠缠效益开始真正发挥其威力。

　　相关
关于量子卫星
　　在不久的将来，量子保密通信将有望走向大规模应用。
　　“量子保密通信技术的实际应用将分三步走：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。中”国科技大学潘建伟院士说。
　　潘建伟认为，目前，我国量子保密通信技术在城域网上的使用基本成熟，已经可以推广；城际量子通信网络方面，连接北京和上海的千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”已正式立项，有望在两三年内投入使用。
　　但要实现广域的量子保密通信，还需要借助卫星。这是因为大气对某些特定波长的光子吸收非常小，而且大气层以外几乎是真空，因此量子信息的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗。如能在技术上实现纠缠光子在穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性，就有望克服光纤传输的弱点，将量子通信的距离大幅度提高，甚至达到覆盖全球的范围。

maximefr

http://www.douban.com/group/topic/1022141/

古书对“测不准”也有过探讨。
主要是因为余数的问题。认为，在观测中，永远存在余分（数）。
观测精度的提高，也伴随着余数更加细分，即，观测值和实际值之间，还是存在一定误差。
就如律法，从12律到60律，再到360律，无论如何细分，最后1律绝对还是不能和初律重合。

于是，古人提出“改宪”的说法。
但是，小弟怀疑，.......——从古代计算中来看，似乎有些东西比较有趣。

黑客学说：计算机安全，在于人本身，并非完全由技术决定。

三分归元

maximefr 发表于 2014-6-9 00:39
http://www.douban.com/group/topic/1022141/

古书对“测不准”也有过探讨。

有意思！此规律用到术数上，是否也意味着术数永远只能粗略（准与不准，是相对概念）的预测事物的部分属性。永远也无法把事物所有属性都预测描述出来。 这样一来，很多门派宣扬自己很准的时候，其实有部分是钻了“准”这个字的空子。这个准只是在其经验认知粗或细范畴内相对地准。当然也不排除一些人用心叵测，睁眼说假话。 我们了解一些事物的固有规律，对各种术数虽然不能尽悉其用法奥妙，也能知晓其学大体是什么个样子。对具体法太过迷信，就容易陷入云深不知处之境。

林莽中（益东门人）

       我们国家的量子计算落后于美国，中国加油。