隨著互聯(lián)網(wǎng)的大范圍普及,人類的信息傳遞達到了前所未有的數(shù)量和頻率,,伴隨而來的信息安全隱患,,令當下互聯(lián)網(wǎng)使用的加密標準——RSA算法受到前所未有的挑戰(zhàn),。
面對人類日益上升的信息安全需求,科學家尋找到了以“量子密鑰分配”為核心的量子保密通信技術,,并逐步從研究走向實用,,形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
在地面光纖網(wǎng)絡建設方面,世界第一條量子保密通信主干線路“京滬干線”即將建成,,然而為了更遠距離的量子保密通信,,在建設地面光纖網(wǎng)絡的同時,還需借助多個飛行器覆蓋光纖無法到達區(qū)域的量子密鑰分配,。
“天宮二號”搭載的“量子密鑰分配專項”,,就是以實現(xiàn)空地間實用化的量子密鑰分配為目標,通過天上發(fā)射一個個單光子并在地面接收,,生成量子密鑰,。
據(jù)介紹,“天宮二號”軌道飛行高度大約為400多公里,,飛行速度約為每秒鐘8公里,,地面站的接收口徑約一米。用來生成量子密鑰的光子,,需要精準地打在地面站的望遠鏡上,,精準程度就如同在一輛全速行駛的高鐵上,把一枚枚硬幣準確地投到10公里以外的一個固定的礦泉水瓶里,。量子密鑰分配的精準度和實現(xiàn)難度可見一斑,。
“天宮二號”量子密鑰分配專項載荷
然而,這項高難度實驗又是如何為通信安全保駕護航的呢,?這要從量子態(tài)的特性說起,。
據(jù)中科大相關專家介紹,依據(jù)量子不可克隆定理,,復制(即克?。┤魏我粋€粒子的狀態(tài)前,首先都要測量其狀態(tài),?!暗孔討B(tài)不同于經(jīng)典狀態(tài),非常脆弱,,任何測量都會改變量子態(tài)本身,,因此它無法被任意復制?!?/p>
當竊聽者竊聽經(jīng)典信息時,,相當于復制了經(jīng)典信息,使原本接受者和竊聽者各獲得一份信息,?!安贿^,量子信息傳輸時,,由于無法克隆任意量子態(tài),,竊聽者在攔截量子通訊信息的同時,,也相當于銷毀了所獲得的量子態(tài)?!睂<曳Q,。
以“天宮二號”量子密鑰分配載荷為例,如果將“天宮二號”上發(fā)射的光子比作硬幣,,它的偏振方向就好比硬幣的偏轉角度,,這也是量子密鑰安全性的來源所在。
基于量子力學測量原理的“量子密鑰分配”BB84協(xié)議,,好比為硬幣選取了“↑”,、“→”、“↗”,、“↘”四個偏轉角度,,并且都對應好二進制編碼。密鑰分配時,,發(fā)射端和接收端都隨機用“+”和“×”兩種洞來讓硬幣通過,。扔一個硬幣,雙方就通過電話對比一下選的洞,,留下洞一樣時扔的硬幣結果,,生成二進制量子密鑰,從而從根本上保證了密鑰的安全性,。
如果有人竊聽,,竊聽者只能隨機選擇“+”和“×”兩種洞。測過硬幣角度后,,為掩蓋竊聽行為,,他需要將硬幣再扔給接收方。但是該硬幣已經(jīng)被測試,,會有一半的概率改變角度,。此時,接收方經(jīng)過測試就會發(fā)現(xiàn)硬幣的測量結果和發(fā)送方有1/4的概率不同,,從而判斷出存在竊聽者,,便可及時停止密鑰分發(fā),保障信息安全,。
因此,,專家強調(diào),只要是成功分配的量子密鑰,,就一定是沒有被竊聽過的安全密鑰,,即“天知地知你知我知”的密鑰,從而成功將信息保護得密不透風,,打贏這場信息保衛(wèi)戰(zhàn),。
另外,專家同時表示,,相較于“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星主要針對包括雙向量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)在內(nèi)的糾纏相關的量子通信實驗,,“天宮二號”搭載的量子密鑰分配載荷目標更加聚焦,只針對量子密鑰分發(fā)實驗,。并且,,由于“墨子號”是太陽同步軌道運行,一天單軌,,其量子密鑰分發(fā)只作為實驗目標,,而“天宮二號”一天多軌道運行,可以進一步嘗試空地量子密鑰分發(fā)應用,。