信息安全是大家关注的焦点，使用量子技术对信息进行加密是目前最有效的办法之一。据央视新闻7月9日报道，我国首个商用量子通信专网——济南党政机关量子通信专网近日完成测试，保密性、安全性、成码率的测试均达到设计目标，整套网络预计今年8月底正式投入使用。
我国首个商用量子通信专网测试成功（来源网路）
“绝对安全”的通信是千百年来人类的梦想之一，而在今日这个信息技术飞速进步的时代，“绝对安全”的通信却几乎是海市蜃楼。那么用量子通信究竟能如何实现通信的“绝对安全”？跟其他的通信方式想比又有哪些“绝对”优势？
信息安全的历史发展
要说信息安全，其实并不是一个现代词，早在古希腊时期，人们就已经发明了种种保密措施——斯巴达人将皮革包裹在特定尺径的棍子上，再写上传递给他人的信息。而信息的接收者只需要有根同等尺径的棍子，收到皮革后再将皮革裹到棍子上就可以读出原始信息。即便这张皮革中途被截走，只要对方不知道棍子的尺径，所看到的也只是一些零乱而无用的信息。这就是历史上记载的人类最早对信息进行加密的方法之一。
信息安全的发展历程
20世纪初期，通信安全主要涉及电话、电报、传真等，而在此过程中存在的安全问题主要是在信息交换阶段，信息的保密性故而十分重要，因此，对 安全理论和技术的研究更侧重于密码学。
20世纪60年代后，随着计算机软硬件的发展，单纯靠复杂的密码已经无法满足保密的要求，人们对安全的关注已经逐渐扩展为以 保密性、完整性和可用性为目标的信息安全阶段。
20世纪80年代开始，由互联网而产生的信息安全问题跨越了时间和空间，由此衍生出了诸如可控性、抗抵赖性、真实性等其他的原则和目标，信息安全也转化为从整体角度考虑其体系建设的信息保障阶段。
21世纪，信息安全现在已经由主机的安全技术发展到了网络的安全，从单层次的安全发展到了多层次立体的安全，从个人信息安全发展到了国家信息安全。据美国战略和国际问题研究中心发布的数据显示，网络犯罪每年给全球带来高达4450亿美元的经济损失。
现代社会，信息安全总是陷入危机之中
“相对”的通信安全VS“绝对”的通信安全
随着人们对于通信安全的要求愈来愈高，确保通信安全的手段也愈来愈多——传统意义上，有几种方法可以提供安全的通讯：第一种是保证传输介质的物理安全，即使任何人都不可能在传输介质上接上自己的窃密线或“窃听”，一般会采用一种简单的（但很昂贵）高技术加压电缆，可以获得通讯的物理安全；第二种方法是加密重要数据，即通过数学计算进行加密。
但从理论上来说，传统的数学计算加密方法都是可以破译的，再复杂的数学密钥也可以找到规律，因此我们上述提到的都是“相对”的通信安全，也即在一定程度上都是可以人为破解的，那么我们导引提到的由量子技术实现的“绝对”通信安全，是怎么实现的呢？
量子通信原理
量子通信是量子信息学的一个重要分支，以量子态作为信息元实现对信息的有效传送，具有绝对保密、通信容量大、传输速度快等优点，可以完成经典通信所不能完成的特殊任务，如构建无法破译的密钥系统等，因此量子通信成为当今世界关注的科技前沿。
量子通信的基本思想主要包括两部分：一为量子密钥分配，二为量子态隐形传输。
1. 量子密钥分配
量子密钥分配不是用于传送保密内容，而是在于建立和传输密码本，即在保密通信双方分配密钥，俗称量子密码通信。
1984年，美国的Bennett和加拿大的Brassart提出著明的BB84协议，即用量子比特作为信息载体，利用光的偏振特性对量子态进行编码，实现对密钥的产生和安全分配。BB84协议被证明是迄今为止无人攻破的安全密钥分配方式。
通过量子密钥分配可以对安全的通信密码加以建立，在一次一次的加密方式下，点对点方式的安全经典通信便得以实现。量子通信的安全性保障了密钥的安全性，从而保证加密后的信息是安全的。
量子密钥分配加密（来源网络）
量子密钥分配还有一个好处——不需要大面积地改造现有的通信设备和线路。由于它突破了传统加密方法的束缚，以不可复制的量子状态作为密钥，具有理论上的“无条件安全性”。任何截获或测试量子密钥的操作，都会改变量子状态。这样，截获者得到的只是无意义的信息，而信息的合法接收者也可以从量子态的改变，知道密钥曾被截取过。最重要的是，与经典的公钥密码体系不同，即使实用的量子计算机出现甚至得到普及，量子密钥分配仍是安全的。
2. 量子态隐形传输
量子态隐形传输的基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；而量子通道是指可以保持量子态的量子特性的传输通道。接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。
量子态隐形传输应用示意图（来源网络）
当隐形传输的量子态是一个纠缠态的一部分时，隐形传输就变成了量子纠缠交换。利用纠缠交换，可以将两个原本毫无联系的粒子纠缠起来，在它们之间建立量子关联。 隐形传态和纠缠交换可以把物体的量子信息在瞬间精确无误地传送到遥远的地方，这看起来很像科幻电影中的瞬时传送，利用它们可以实现超远距离的量子密钥分配，为全球范围的通信加上一把安全的“量子锁”。
可见，量子通信已然成为现代通信的必经环节，在我们导引新闻中，济南党政机关量子通信专网的核心机房，专网内的所有通信数据，量子加密后，与周边数百平方公里的近200个终端进行保密通信。可以说是量子通信商用的“完美第一步”，这也为我们未来的通信安全提供了新的希望。
出品：科普中国
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