国际首个量子密码通信网络在中国测试成功

2007-4-3 8:56   来源：新华网
国际上首个量子密码通信网络日前由中国科学家在北京测试运行成功。这是迄今为止国
际公开报道的唯一无中转、可同时、任意互通的量子密码通信网络，标志着量子保密通信技
术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。
据中国科学院院士、中国科技大学教授郭光灿介绍，今年3月，由他领导的中科院量子
信息重点实验室，利用自主创新的量子路由器，在北京网通公司商用通信网络上完成了四用
户量子密码通信网络的测试运行，并确保了网络通信的安全。
数年前，美国科学家曾提出了构建量子因特网的设想，但有关研究进展艰难。有关专家
表示，这次实验的成功，也为量子因特网的发展奠定了基础，使量子因特网的问世露出了“
一线曙光”。
据专家介绍，现代密码技术是建立在算法复杂度基础上的。随着分布式计算和量子计算
机的发展，现代密码在原理上都可以被破译，通信安全隐患十分突出。而根据量子力学基本
原理，量子信息无法复制，任何截获或测量操作都会改变量子的状态，都会被通信者发现。
因此，量子密码在原理上是“无法破译”、“绝对安全”的。
有关专家认为，由郭光灿等人完成的量子密码通信网络在商用光纤上可以长期稳定运行
，性能优于国际上现有的其他量子密码网络方案；同时，在目前的技术条件下，它能扩建成
拥有数百个用户的量子密码通信网络。据介绍，郭光灿课题组在北京网通公司的商用光纤线
路上进行多用户测试。用户之间最短距离约32公里，最长约42.6公里。测试系统成功演示了
一对三和任意两点互通的量子密钥分配，并在对原始密钥进行纠错和提纯基础上，完成了加
密的多媒体通信实验。
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上个世纪90年代以来，越来越多的科学家醉心于量子密码的研究。2004年6月3日，世界上第
一个量子密码通信网络正式投入运行，使得科学家们“绝对安全密码”的梦想向现实迈近了
一步。
无法破译的数据
马萨诸塞州的剑桥城在美国名声显赫，并不仅仅是由于它风光宜人，更是由于这里
有着美国人最引以为豪的哈佛大学和麻省理工学院，是美国新技术的摇篮。世界上第一个正
式投入量子密码通信网络正是诞生在这里。
乍看起来，这个由美国BBN技术公司研发的量子密码通信网络和现有的宽带网并没
有太大的不同——采用普通光纤传输数据，并且与普通网络完全兼容。与普通网络不同的是
，该网络中传输的数据采用了量子密码技术进行加密。目前，网络有6个节点，已经从BBN公
司铺设到了哈佛大学，预计今年年底将延伸至波士顿大学。
BNN公司的负责人声称，采用量子密码术加密的数据是不可破译的，一旦有人非法
获取这些信息，使用者会立即知道，并采取措施。
他们假设了黑客入侵网络的场景：黑客必须用一个特殊的接收设施从一连串的量子
中“吸”出一个来获取信息，但这样一来，发出量子密码的一方立即就会发现量子流中出现
了空格。为了避免被发现，一般黑客会再发射一个量子来填补这个空格。但是，由于“量子
密码”是采用量子的极化方式（波的运动方向）来编排密码的，而根据量子学原理，要同时
检测出量子的4种极化方式，几乎毫无可能，黑客填补进去的量子只能是根据自己的猜测随
便发射的——这样，这个“不合群”的量子很快就会被发现，从而防止信息被窃取。
“神秘的远距离活动”独一无二
自人类文明诞生伊始，就有了保密的需要。古希腊的斯巴达人把重要的信息写在一
条大约1厘米宽、20厘米长的羊皮带上，写的时候，把羊皮带一圈一圈呈螺旋状绕在特定粗
细的木棍上，然后从左到右开始写，写完一行，将木棍旋转90度，再从左到右写。这样，写
完之后，从木棍上解下的羊皮带上的字，就是一段密码。收到羊皮带的人，再把它缠绕到同
样粗细的木棍上，才能读出完整的信息。
后来，人们渐渐开始利用数学计算方法，用复杂的数字串对信息进行加密。然而，
再复杂的数学密钥也可以找到规律。第一台现代计算机的诞生，就是为了破解复杂的数学密
码。随着计算机的飞速发展，破译数学密码的难度也逐渐降低。
上个世纪90年代开始，科学家们的眼光锁定在了“量子密码”上。
“量子密码”就是用量子状态来作为信息加密和解密技术的密钥。其原理就是被爱
因斯坦称为“神秘的远距离活动”的量子纠缠。光子被分割开之后，即使相距十分遥远，也
是相互联结的。只要测量出一个“被纠缠”光子的属性，就很容易推断出其他光子的属性。
而这些相互纠缠的光子产生的密码，只有通过特定的发送器和接收器才能阅读。
更重要的是，这些光子之间“神秘的远距离活动”是独一无二的，只要有人非法破
译这些密码，就不可避免地要扰乱光子的性质，而且，异动的光子会像警铃一样会显示出入
侵者的踪迹。再高明的黑客对这种加密术也将一筹莫展。
各国发力“量子密码”
这种绝对安全的“量子密码”将最先运用于军事、国家安全等领域，并成为各国科
学家角逐的新战场。
2002年10月，德国慕尼黑大学和英国军方的研究机构合作，在德国、奥地利边境的
楚格峰和卡尔文的峰之间用激光成功传输了量子密码。这项研究的负责人慕尼黑大学教授哈
拉尔德·魏因富尔特在报告中表示，这次试验传输的距离达到了23.4公里。
今年5月，日本的科学家称他们开发出传输速度最快的量子密码，实验中，研究小
组利用10.5公里长的光纤进行信号传递，接收一方用光子探测器降低干扰，大幅缩短了传送
时间，使得通信时间缩短到原来的1/100。
中国也在近几年展开了量子保密通信系统的研究。2003年7月，中国科学技术大学
中科院量子信息重点实验室的科学家在该校成功铺设一条总长为3.2公里的“特殊光缆”—
—一套基于量子密码的保密通信系统。
由于在光纤传输过程中，光子很容易消耗，目前量子密码还只能在短距离内传输。
一旦这个瓶颈被突破，量子密码将迎来大发展。科学家们表示，保密与窃密就像矛与盾一样
形影相随，它们之间的斗争已经持续了几千年，量子密码的出现，将成为这场斗争的终结者
。
国际上第一个量子密码网络系统近日在京测试运行。记者从中国科技大学获悉，由郭
光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室，利用自主创新的量子路由器，在北京网通公司
商用通信网络上率先完成四用户量子密码通信网络的测试运行，确保了网络通信的安全。
据称，这是迄今为止国际公开报道的唯一无中转、可同时、任意互通的量子密码通信
网络，标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出关键性一步。
网络时代，网络信息安全一直是困扰人们的一大难题。据介绍，现代密码在原理上都
可以被破译，通信安全隐患十分突出。而根据量子力学基本原理，量子信息无法复制，任何
截获或测量操作都会改变量子的状态，都会被通信者发现。因此，量子密码在原理上是“无
法破译”、“绝对安全”的。
郭光灿领导的研究小组巧妙地利用了波分复用技术，设计出国际上第一个量子路由器
，解决了量子信息自动寻址的难题，使量子网络中任意一个用户都能自由选定网内任意用户
与其实现量子密码通信。有关专家认为，该系统在商用光纤网络上可以长期稳定运行，性能
优于现有的其他量子密码网络方案。同时，在目前的技术条件下，能用它扩建成拥有数百个
用户的量子密码通信网络。
这次实验的成功，不仅使量子密码技术在实用化道路上迈出关键一步，也为量子因特
网的发展奠定了基础。