近日，知名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》在線發(fā)表了來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的一項研究成果。中科大郭光燦院士團隊的韓正甫教授及其合作者，近期實現(xiàn)了833公里光纖量子密鑰分發(fā)，將量子密鑰分發(fā)安全傳輸距離世界紀錄提升了200余公里，向?qū)崿F(xiàn)千公里陸基量子保密通信邁出重要一步。

量子密鑰分發(fā)基于量子物理的基本原理，在信息安全層面上提供了竊聽可感知的密鑰分發(fā)手段。如何延長光量子密鑰分發(fā)直接傳輸?shù)陌踩嚯x，是當(dāng)前極具挑戰(zhàn)的難點和焦點之一。

什么是量子保密通信？為什么要提高量子通信的傳輸距離？量子通信技術(shù)有何作用，可以應(yīng)用于日常生活中嗎？

什么是量子通信？量子密鑰在量子通信中起著何種作用？

日常生活中的通信是把人所看到的圖像轉(zhuǎn)變成電信號或是光信號，通過光纜或者電纜將電信號或光信號傳至接收信號的遠方，之后利用一個測量裝備，再把電信號和光信號轉(zhuǎn)變成聲音與圖像。

在物理學(xué)領(lǐng)域，學(xué)者們用物理量來代表信息。這個物理量可以被反復(fù)測量，每次測量出來的物理量都是一致的，即每次讀出來的信息都一樣。

量子通信則是把傳統(tǒng)通信的物理量換成量子力學(xué)領(lǐng)域里獨有的量子態(tài)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院、中科院量子信息重點實驗室的韓正甫教授表示，量子態(tài)不是常規(guī)的物理量，典型特征是測不準，量子態(tài)每被測量一次都會產(chǎn)生變化，導(dǎo)致測量出來的結(jié)果不盡相同，無法確保得到的結(jié)果是我們想要的結(jié)果，但是合法的兩個通信者能夠通過協(xié)議得到確定的信息，因此利用量子態(tài)來代表信息可以有效防止信息被竊聽。

量子密鑰是量子通信中保證通信過程不被人竊聽的核心。

量子密鑰是一組隨機數(shù)。通信的雙方會共享一組一樣的量子密鑰。之后用隨機數(shù)跟通訊內(nèi)容做一個變換，使通訊內(nèi)容成為亂數(shù)。合法的通信者事先已經(jīng)共享了密鑰，因此合法接收者收到亂數(shù)之后可以利用密鑰做反向變化，將信息從亂數(shù)中提取出來。而竊聽者由于沒有密鑰，得到的只是一堆亂數(shù)，無法獲得有效信息。

為何要提高量子密鑰分發(fā)距離？如何提高量子密鑰分發(fā)距離？

與傳統(tǒng)通訊相比，量子通信的優(yōu)勢在于安全性，但是它也有一個弱點，隨著傳輸距離增長，量子通信的傳輸速度會逐漸降低，一旦傳輸速度接近于0，傳輸無效。傳輸距離是量子通信領(lǐng)域中一個非常重要的指標，通過各種手段提升該指標是國際各國在量子通信領(lǐng)域爭奪的重要方向。

國外目前量子通信最長傳輸距離是605公里，但605公里其實并不是真實的傳輸距離，其中的100多公里是用模擬的辦法做出來的，單就傳輸距離而言，我國量子通信的傳輸距離比世界紀錄多出300多公里。

不論是經(jīng)典信號還是量子信號，信號在傳輸?shù)倪^程中都會隨著傳輸距離的增長而衰減。如果信號衰減到測量手段的極限以下，則無法通過測量得到信息，傳輸無效。測量的極限由噪聲決定，如果信號比噪聲小，測量得到的主要就是噪聲而非信號。因此提升信噪比成為增加傳輸距離的關(guān)鍵技術(shù)難點和技術(shù)指標。

提升信噪比主要有兩種手段。第一種是讓兩邊的傳輸信號保持高度一致，在傳輸過程中利用反饋控制等手段抑制噪聲，提高信噪比。光纖傳輸路徑中所耦合進來的各種干擾也在很大程度上影響信噪比。因此第二種手段就是將干擾屏蔽在信號以外，或是只產(chǎn)生絕對的干擾，不產(chǎn)生相對的干擾，這樣就能得到更高的信噪比。

量子保密通信對我們有什么意義？

量子保密通信的重點不在于“量子”，而在于“保密”。

從國家層面來說，量子保密通信技術(shù)的發(fā)展可以提高國家的信息安全水平。但量子通信技術(shù)目前在民間并沒有大范圍普及應(yīng)用。全國性的量子通信網(wǎng)絡(luò)尚未建立，相關(guān)的消費成本也十分高昂，無法提供人對人的產(chǎn)品和服務(wù)。量子通信技術(shù)出現(xiàn)后如何應(yīng)用于公民的日常生活，這一問題目前還屬于探索階段，量子通信技術(shù)的日常應(yīng)用也尚未得到市場的完全加持。

韓正甫表示，國內(nèi)已經(jīng)有許多廠家在生產(chǎn)量子通信的設(shè)備。雖然目前還沒達到全民普及量子通信技術(shù)的程度，但量子通信技術(shù)的儲備是必要的，未來若有機會大規(guī)模鋪展該技術(shù)，我國也能夠提供堅實的技術(shù)保障。