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（即克隆）任何一個粒子的狀態(tài)前,，首先都要測量其狀態(tài),。“但量子態(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,。“不過,，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),。”專家稱,。

　　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,，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,。