中國率先實現洲際量子加密視頻通話，這有什麼大不了嗎？
「能和各位一起目睹這一歷史性時刻，我感到非常榮幸和激動。」中國科學院院長白春禮在去年9月的那個下午說道。他的影像通過直播，出現在7000公里之外另一桌西裝革履的人眼前。那裡是位於維也納的奧地利科學院，當地時間比北京時間晚六個小時。
奧地利科學家也與白春禮寒暄了一番，麥克風、攝像機和屏幕，組成了一場看似普通甚至有點無聊的視頻會議。但在屏幕背後，物理學家正利用堪稱當今世界上最安全的技術，對會議視頻進行加密。這是有史以來第一場洲際量子加密視頻會議。
世界上獨一無二的「墨子號」
近日，中國和奧地利科學家在《物理評論快報》上公布了這場會議的更多技術細節。這支科學團隊由中國科技大學物理學家潘建偉領導，他們利用了光纖網路、加密演算法和「墨子號」衛星。「墨子號」由中國耗資1億美元打造，於2016年發射升空，是目前世界上唯一一顆專門為量子加密技術設計的衛星。
「他們已經論證了一整套設施。」MagiQ Technologies公司首席科學家凱萊布?克里斯滕森（Caleb Christensen）說，該公司研製的量子加密系統可以連接少量用戶。「他們打通了所有環節，以前沒有人做到這一點。」
中國科技大學物理學家、潘建偉團隊資深成員陸朝陽說，他們順利無阻地完成了這場會議。「我們沒有想太多，我們覺得可以做到。」在這場視頻會議舉行的前幾個月里，他們已經能在「墨子號」 與地面站之間連續發送量子信號，這是量子通信最棘手的部分。
這場會議持續了75分鐘。量子加密通信線路非常穩定，本來還可以維持更長時間，但陸朝陽說，「對視頻會議而言，75分鐘就夠了。」
顧名思義，量子加密技術依靠光子、原子和其他粒子的量子屬性來保護信息的安全。在這場會議中，物理學家利用了光子偏振的量子屬性。簡單來說，偏振描述了光子的方向，他們給每一個光子賦予了兩個不同的偏振方向，分別代表1和0。如此一來，一束光變成了秘鑰，他們可以用來對數字信息進行擾頻處理。
如果根據物理學家最初在上世紀80年代提出的設想，量子加密將是無法破解的。協議有點複雜，但本質上來說，就是發送者向接收者發送光子形成秘鑰，雙方公開共享秘鑰的一部分。如果有人試圖竊聽，接收方的秘鑰就會按照量子力學原理，以一種特定的統計學方式，與發送方的秘鑰無法匹配。這時，發送方立刻就會知道，秘鑰外泄了。
無法破解的「適當加密」
物理學家也把量子加密技術視為量子計算機時代的一個重要工具。量子計算機（很可能將在幾十年後實現）可以破解當今最安全的加密演算法，但如果是經過適當量子加密的信息，任何普通電腦都無法破解。
這裡的關鍵詞是「適當加密」。當物理學家真正開始構建量子網路時，他們無法實現他們所設想的完美量子加密。結果證明，通過自由空間、光纖和中繼站把光子發送到幾千公里之外，同時還要保證光子的偏振方向不受影響，這在技術上極為困難。量子信號通過光纖傳輸大概160公里後就會消失，目前還沒人知道如何增強量子信號。如今最好的量子存儲器只能在幾分鐘內儲存秘鑰，然後信息就會消失。
因此，潘建偉團隊不得不利用傳統的通信技術來發送他們的量子信號。在網路的幾個節點，他們要先把量子信息（偏振）轉換成傳統信息（電壓和電流），然後又轉換回之前的量子信息。但這並不是最理想的做法，因為量子秘鑰的絕對安全性依靠的是其量子屬性。只要秘鑰被轉換成傳統信息，普通的破解手段隨時都能發揮作用。
在他們的網路里，量子信息轉換為傳統信息的發生地是在「墨子號」和幾個地面站中。這意味著，只要沒有人入侵它或那幾個地面站，加密信息就是絕對安全的。為了進行這一論證，潘建偉團隊讓「墨子號」在會議舉行的大概前一個月，就分發量子秘鑰。也就是說，其他人可以從秘鑰被存儲為傳統信息形式的驅動器上，複製秘鑰。
即使潘建偉團隊沒有實現最初的設想，他們也是第一個創造出如此大規模、可運行量子網路的團隊。克里斯滕森指出，除了少數幾個涉及傳統信息的部分之外，這一量子網路應該能夠憑藉量子加密技術本身，保證信息安全。
中國主流行業將應用量子加密技術？
過去十年里，美國、中國、瑞士等多個國家的銀行和政府機構都曾嘗試過量子加密產品，但克里斯滕森猜測，在較長一段時間內，量子加密仍將是小眾技術。因為這項技術依然是新生事物，無論是成本投入，還是產品利弊，都尚不明確。
但這次演示有助於推動量子加密技術進入主流行業。由於中國大力投資量子基礎設施，不僅鋪設光纖，還發射了一顆衛星，因此中國的主流行業可能率先應用量子加密技術。中國的幾家銀行，比如工商銀行和交通銀行，已經在嘗試。量子加密技術就像是用量子武裝起來的運鈔車，保護傳送中的數字貨幣。
「很多銀行會自問，『我們可以用這個嗎？』」克里斯滕森說，「一旦得到確切的回答，比如『有可能出現這樣的風險，情況也許是那樣的』，更多的人將會下決心一試。」
陸朝陽說，他們計劃在今後三到五年里發射更多的衛星。除了像「墨子號」那樣的近地軌道衛星以外，他們還打算髮射一顆軌道更高、覆蓋範圍更廣的衛星，這樣就能連接更遙遠的國家。目前，他們還在同義大利、德國、俄羅斯和新加坡合作。希望有朝一日，我們的視頻會議能夠橫跨全球，而且無需擔心信息泄露，想開多久都可以。
翻譯丨于波
校對丨其奇、LUSEN
來源丨WIRED
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