首個黨政機關量子通信專網將啟用 每秒4000個密碼

首個黨政機關量子通信專網將啟用。

資訊安全是目前大眾關注的焦點,使用量子技術對資訊進行加密是目前最有效的辦法。由於日常通信遭遇日益嚴重的駭客攻擊和竊密威脅,「無條件安全」的量子通信日益受到重視。近日,大陸首個商用量子通信專網─濟南黨政機關量子通信專網完成了測試,整套網路預計今年8月底正式投入使用。

根據鳳凰網報導,中科院量子技術與應用研究中心博士、濟南量子科學研究院院長助理周飛參與了整個濟南專網的建設。他介紹,通過量子通信,可以實現資訊傳遞的「絕對安全性」─一旦發現竊聽或複製資訊,可以立刻察覺。量子通信的前景被廣泛看好,5年之後,市場規模將達100億元左右(以人民幣計算,以下同)。

濟南黨政機關量子通信專網(以下簡稱濟南專網)內的所有通信資料,都通過核心機房的專業設備,量子加密後,與周邊數百平方公裡的近200個終端進行保密通信。專網從5月起完成了50多個專案的測試,所有用戶之間的通信實現了每秒產生4000多個密碼的絕對保密性。

大陸量子通信世界領先

因為量子是能量最基本、最小、不可分割的單元。未知量子態無法精確克隆,只要有人試圖複製,就會產生誤碼而被發現,這些特性保證了量子通信在傳輸過程中有了絕對安全性。

記者了解到,濟南專網是繼濟南量子通信試驗網之後,第一個真正商用的量子通信專網。濟南量子通信試驗網目前是世界上規模最大、功能最全的量子通信城域網。

據中科院量子技術與應用研究中心博士、濟南量子科學研究院院長助理周飛介紹,濟南專網8月份建成之後,在國防、金融、電力等領域將作為示範進行推廣。量子通信技術被認為是「保障未來資訊社會通信機密性和隱私的關鍵技術」,目前大陸在這方面處於世界領先水平。

未來,一台台其貌不揚的黑色電話,將出現在濟南市多個單位的業務部門。在檢察院系統,對一些貪腐案件調查進行資訊溝通時,通過量子通信電話可以保證資訊安全性,不存在洩露或竊聽;一些政府部門在政務資訊的溝通中,通過它也可以做好機要資訊的安全保護。

據介紹,濟南專網已完成第一階段測試,上述場景將不再遙遠而神秘。因為在濟南數百平方公裡內的近30個黨政部門,將依靠專網進行保密通信。更深層的意義在於,以保密性和安全性為標籤的量子通信,終於邁出了商業化的第一步。

「這並不是容易的一步。」接受採訪時周飛坦言,在先後啃下技術、工程化兩大「硬骨頭」之後,量子通信現在迎來了第三塊「硬骨頭」─投入巨大的量子通信專網能否告別政府給養,在市場中形成可持續的商業模式?

周飛說,「這一切都在探索之中。」

通過假信號判斷「是否安全」

「有一口井,大家都想喝到其中甘甜的井水,但不幸的是,這井裡混合了一種毒液,必須把毒液蒸餾掉才能盡情飲用健康的井水。那麼問題來了:蒸餾掉多少合適呢?」清華大學教授、濟南量子技術研究院院長王向斌這個有趣的比喻,指向了量子通信在工程化之前遇到的第一塊「硬骨頭」─量子通信的技術難題。

自人類使用語言以來,通過密鑰給資訊加密的技術就伴隨著通信需求而不斷發展。特別是近幾年,中國大陸科學家已經將量子密鑰分配技術作為一種不可破解的密鑰共用方案,進行了深入研究。周飛向記者表示:「我們現在的量子通信運用單光子的編碼傳輸。絕對的單光子傳輸足夠安全,但現實應用還沒有完美的理想單光子源。我們只能用准單光子傳輸(非理想的單光子),非單光子就是多光子,就有可能受到光子分束的攻擊,這種攻擊會使得其安全性降低。」

在這裡,單光子成分就是研究人員需要的「甘甜的井水」,多光子成分就是「致命的毒液」,該「蒸餾」掉多少「致命的毒液」?科學家們想出了一個好辦法:通過「誘騙態方法」來解決准單光子傳輸的安全問題。

「簡單來說,「誘騙態方法」是在真的信號中摻雜一些假的信號,通過假的信號來判斷是否有人在竊聽和分析真信號的安全成碼率。」在周飛看來,誘騙態量子密鑰分發方案的攻關是解決量子通信工程化的最重要難題。得益於中科大潘建偉院士和清華大學王向斌教授的艱苦攻關,到2013年底,大部分量子通信技術方面的問題都已被掃除。

但接下來,在量子通信工程化上的重重關卡並不比技術難度小。

7天24小時無人值守也可

在早期,濟南量子通信試驗網的很多專業設備所在地沒有機房,沒有恆溫的條件,環境的溫度或高或低,但伺服器承受度有限,如何從工藝上固化溫度,解決設備自我穩定性,是工程師們面臨的挑戰。

只有圓珠筆截面大小,外表形似玻璃的「鈮酸鋰波導晶片」是高效探測設備的核心關鍵器件。周飛舉例說,距離遙遠的兩個城區之間進行單光子傳輸時,它的光到達時非常微弱。科學家需要用一種特殊的高效探測器,才能探測到這些微弱的光。有了周飛同事們研發的這種關鍵器件,才能更清晰地「聽懂」單光子說了什麼。

而「周期極化鈮酸鋰波導晶片」的研製成功,標誌著大陸成為世界第三個完全掌握「基於逆向質子交換波導研製技術」的國家;同時,基於此晶片,大陸又成功研發了室溫下性能最優的通信波段單光子探測器,也是世界上第一台封裝成型的商業產品樣機。

實際上,從2013年底至濟南專網測試完成,周飛等人就一直在解決類似上述工程技術問題,確保整個專網一周7天每天24小時的穩定性,以及無人值守情況下智慧化的工作。

「如今,專網設備對環境的容忍性就更大了。」周飛說,「我們的核心不僅僅在於研發,更在於工程化應用。」

未來5年 商業價值百億

從技術到產品,從研發到應用,濟南專網測試的完成,意味著量子通信即將奔向商用領域。

如今,「量子概念」正處在時代的「風口」。在駭客入侵等事件的影響下,「無條件安全」的量子通信日益受到重視。據業內專家估算,量子通信可應用於專網、公眾網、雲安全等特殊應用領域,未來5年左右,量子通信市場規模預計在100億左右。

周飛表示,在時代風口、國家政策、資本包圍的三重助力下,這些顯然都不是問題。作為大陸目前少有的超前「黑科技」產業,量子通信正受到國家的大力支援。如「十三五」規劃意見稿明確提到:「要堅持有所為有所不為,在航空發動機、量子通信等領域再部署一批體現國家戰略意圖的重大科技專案」。

事實上,眾多資本早已爭先恐後「搶灘」量子通信市場。正如中國大陸上市公司研究院研究員洪新星所言,不斷加量的行業「催化劑」已經給量子通信板塊打了「強心針」,大陸外科研機構、政府和企業布局踊躍。

因此,周飛如今更相信市場的力量:即使現階段量子通信尚未真正商業化,但長遠看來,量子通信的商業化大潮將勢不可擋,「可持續的商業模式一旦形成,大規模應用推廣將指日可待。」