量子通信如何守护信息安全

【现象】前不久，北京量子信息科学研究院袁之良团队首创量子密钥分发开放式新架构，采用光频梳技术，成功实现615公里光纤量子通信。相较传统架构，该架构在确保量子通信安全性的同时，能大幅降低系统建设成本，为我国建设多节点广域量子网络提供更多元的技术选择。

【点评】

量子通信很“热”，但有人觉得它“高冷”。这是因为，作为物理科学与信息技术的结合，量子通信具有很高的技术门槛。近年来，在这个战略性新兴产业领域，我国阔步前行，已具备较强的科技实力和创新能力。2012年，安徽合肥建成首个城域量子通信试验示范网；2016年，我国发射全球首颗量子科学实验卫星；2017年，世界首条量子保密通信干线“京沪干线”正式开通；2022年，我国成功发射世界首颗量子微纳卫星；今年，我国首次在国际上实现百兆比特率的实时量子密钥分发……这些重大创新成果，举世瞩目、影响深远。

此次我国科学家首创的架构，新在何处？北京量子信息科学研究院光量子通信与器件团队成员打了一个比方：“如果想要在北京、青岛两地之间进行‘量子通话’，过去需在通信两端之间连通‘两条路’。新架构出现后‘一条路’就已足够。”

量子通信之所以“热”，主要是因为相较以微电子为基础的计算机通信技术更安全。这种安全性来自于量子本身的神奇特性。科学家对此有生动直观的比喻：“孙悟空的分身术”是对量子叠加态的生动比拟，拥有多个可能状态的量子，只有被观测或被测量时，才会随机地呈现出某种确定状态；量子纠缠态类似“心电感应”，指两个处于纠缠状态的粒子无论相隔多远，一个动，另一个立刻“感应”对方状态。

量子密钥分发这种典型的量子通信类型，就是基于量子的不可测量性、不可克隆性，产生不能通过计算破译的密钥，为量子通信上一把“安全锁”。整个过程就好比一个人想要传递秘密给另外一个人，需要把存放秘密的箱子和一把钥匙交给接收方。接收方只有用这把钥匙打开箱子，才能取到秘密。没有这把钥匙，任何人无法打开箱子，而且一旦这把钥匙被别人动过，传送者会立刻发现，原有的钥匙作废，再给一把新的钥匙，直到接收方拿到为止。

如今，量子通信已成为我国数字新基建的重要组成部分。量子通信在赛事调度、金融交易等领域表现出色，北京、上海、合肥等地已形成势头强劲的产业集群，汇聚了一批创新型企业。可以预见，随着技术创新和商业化推进，量子通信将更加广泛、更为频繁地进入“寻常百姓家”，助力通信便捷、守护信息安全。

通信距离更远、应用场景更丰富、信息安全更有保障，是科学家和产业界的努力方向。客观来看，我国量子技术部分核心元器件的国产供应能力还不足，还需攻克光学、光电集成、深度制冷集成、高速高精度专用集成电路等技术。另一方面，必须衔接好基础研究、关键核心技术研发、工程化集成与验证等环节，做好上下游产业链建设和培育。把握大趋势、下好先手棋，牢牢掌握量子通信发展的主动权，将为实现高质量发展提供新动能。