飞行的“量子号”

乔 喻

飞行的“量子号”

乔 喻

2016年8月，我国发射了一颗“墨子号”卫星，引来众多关注。这是一颗什么卫星呢？

失灵的老密码

特殊的通信需要保密，保密则需要密码钥匙。

传统的密码钥匙就是信息的加密方式，因为它和咱们开门用的钥匙有相似功能，所以被称为密码钥匙。打个比方：甲想向乙传输1-2-3这段信息，先按照将每个数字都加3的方式向乙传输4-5-6，1-2-3就叫明文，4-5-6就叫密文，而每个数字都加3就是密码钥匙。发送者可用密码钥匙加密信息，接收者可用它来解密。

间谍获得密码钥匙的方法很多，现在主要利用计算机获取密码钥匙，就是利用计算机的超强信息处理功能，寻找密文信息的变化规律，规律就是加密方式。有了计算机这种机器助手来帮助破解密码，几乎是没有破解不了的密码钥匙。比如1977年，数学家李维斯特给出了一个129位数，要求把这个数分解成两个质数的乘积，做出这个结果，就等于掌握了密码钥匙，就能发现隐藏的信息。当时李维斯特信心满满地宣称，算出他的密码钥匙需要几亿亿亿亿亿（好多亿）年。谁知17年之后，600名密码破译爱好者动用了1 600台计算机，用了6个月的时间把李维斯特的密码破解了。

现在看来，利用计算机破解密码终究会成功，所以说现在的信息安全只是某一段时间内的相对安全，不是永久的安全。那么，有没有永远不会被解密的通信方式呢？有呀，它就是利用量子卫星开展的量子通信。传统的密码钥匙存在巨大危机，量子卫星拥有超强的不可破解的密码钥匙，是保密通信的重要保证。

量子密码牢不可破

科学家在1900年发现了量子这种微粒，发现了量子纠缠现象：一对处于纠缠状态的量子甲和乙，甲携带的信息，可以瞬间在乙身上体现出来。在量子通信状态下，信息的传输端和接收端之间不用连接实线，也不需要电磁波，这种量子纠缠现象曾被爱因斯坦描述为：两物之间，无论距离多远，都会存在相互感应信息的天然魔力。没有传输介质，间谍想从“半路”截获信息的可能性就不存在了。

最为关键的是，量子通信的加密速度极快，它可以给数之不尽的每一个信息片段各加有一个独立的密码钥匙。举个例子来说：如果把一次通话分割成一百亿个信息片段来传输，则量子通信可以瞬间给这一百亿个信息片段上各加上各自的密码钥匙，这种加密方式被形象地称为“一次一密”。你可以想象，在通信过程中，信息源源不断，加密码钥匙源源不断，千变万化，间谍要破解这么多的密码钥匙，简直是招架之功还手之力全无呀。一次一密带来了天量密码钥匙，让密码间谍从此失去了饭碗。而前面提到的“墨子号”，就是一颗量子卫星“一次一密”的制造者，它是信息间谍的克星。

如果硬要一台计算机来破解量子卫星产生的通信密码，理论上也是可以的，但时间需要数亿年，甚至是无限久。谁等密码能等得起呢？

你看，量子通信时代，某些间谍也要失业了。

量子卫星中国独有

甲量子向乙量子传送信息，理论上它们之间的距离可以无限远，但无论间隔多远，信息都能传输给乙。可是，事实上在地球表面，量子的能量会衰减，衰减虽然不影响信息传递，却会影响对信息的辨别。你想想，甲虽然最终是把信息传递给了乙，但信号太弱，弱到目前我们无法辨识，不也是无用吗！

量子之间信息传输距离是无限的，多远都能传到，但量子之间保持信息可辨认的传输距离却是有限的，太远了，它们之间有“对话”，但咱们听不清楚。在提高量子通信实用传输距离的科研道路上，中国始终走在前面：2010年6月6日，中国量子通信实验小组将信息传输了16千米的距离，创造了当时量子通信的新纪录。

量子通信可达16千米，仍旧不能满足实用要求。于是在16千米的基础上，科学家继续努力，要让量子通信的距离越来越远，可这个期望后来“破灭”了，因为科学家发现在自由环境中，量子通信距离存在一个极限，是100千米左右。100千米的传输距离虽然具有实用价值，但是要建设量子通信网络，需要在地面上每隔100千米建设大量的传输基站。众多基站会降低量子通信的效率和安全性，因为信号需要不断在明文和密文之间多次转换接力，每个基站容易出现信息安全漏洞，所以大量建设基站支持量子通信的方案被否决。

基站方案被否决之后，科学家就把建设量子通信网络的厚望寄托到量子通信卫星身上。量子卫星可以把量子信息传输的距离扩大到数千千米，3颗量子卫星就能满足在全球建立信号优良、安全无忧的量子信息通信网络，让信息高速安全地直达任意地方，所以说发射量子卫星是量子通信网络建设的关键节点，谁拥有了量子卫星传输技术，谁就掌握了全球量子通信网络建设的主动权。

大家注意喽，中国发射的“墨子号”是全世界第一颗量子通信卫星，别家没有哟。墨子是我国古代伟大的科学家，被称为“科圣”，他最早提出光线沿直线传播的理论，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。用中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，为的是提升我们的文化自信。量子卫星的成功发射，标志着中国将成为量子通信界的先锋，在以后量子通信网络建设进程中，中国将拥有不可忽视的话语权和支配权。