今年以來，量子通信領域迎來多項標志性突破。

近期，中國科學家在國際上首次構建出可擴展量子中繼的基本模塊，使得遠距離量子網絡成為現實可能；首次將器件無關量子密鑰分發的光纖傳輸距離突破100公里；北京大學團隊實現國際首個基于集成光量子芯片的規模化量子密鑰分發網絡的原理演示，在芯片規模與組網能力方面均達到國際領先水平。

這些進展意味著量子通信正逐步走出實驗室“樣板間”，走向實際應用。

但對很多普通人而言，“量子通信”依然是一個陌生概念。它究竟是什么，又將改變什么？

破解信息安全困局的新利器

設想這樣一個場景：輸入密碼解鎖手機，打開支付軟件，用人臉識別或指紋識別完成付款。這樣的過程，每天都會在我們的生活中上演。

但它真的安全嗎？

無論是輸入密碼，還是人臉或指紋識別，看似簡單的操作背后，本質上都是一串由“0”和“1”組成的信號在網絡中傳輸。這些信號一旦被截獲、存儲，就有被破解的可能。

尤其隨著量子計算的發展，現有互聯網廣泛使用的加密體系，正面臨新的挑戰。

中國電信量子研究院量子通信高級研究員安雪碧介紹，1994年，美國科學家彼得·肖爾提出了量子計算快速破解主流公鑰密碼的算法，直接對現有互聯網通信安全構成重大威脅。

還有一種被稱為“先存儲、后破譯”的攻擊方式：竊聽者可以先截取并保存今天的密文，等未來量子算力成熟后再進行破解。也就是說，今天發送的信息，未來未必依然安全。

在這樣的背景下，量子通信被視為破解這一困局的新利器。

作為目前量子通信領域最成熟、應用最廣泛的核心技術，量子密鑰分發（QKD）先在通信雙方之間安全生成并分發一把密鑰，再利用這把密鑰完成經典信息的加密通信。

其關鍵在于，量子態具有不可克隆性、不確定性等特性，任何試圖竊聽量子態的行為，都會引入可被通信雙方察覺的異常，從而保證密鑰分發的安全性。

用業內人士的話說，傳統加密依賴的是數學難題足夠難算，而量子密鑰分發的安全性來自量子物理的基本規律，不依賴計算能力強弱。

傳統互聯網中，信息通常以“0”和“1”組成的電磁信號，通過光纖、電纜等傳輸媒介進行傳遞，而量子網絡則不同，它利用的是光子等微觀粒子的“量子態”來攜帶信息。量子態天然具備量子疊加、量子糾纏等獨特物理特性，利用量子態進行量子信息的傳遞，為未來構建安全可靠的信息網絡提供了可能。

兩條路線協同構建防護體系

為抵御量子計算破解帶來的安全風險，目前學術界形成一種量子密鑰分發技術方案，即通過量子態的編碼、傳輸與測量，在通信雙方之間安全分發對稱密鑰，結合明文與密鑰等“一次一密”加密體制，實現信息論層面的無條件安全通信。

還有一種解決方案——后量子密碼路線（PQC），即沿用現有數學密碼算法體制，構造量子計算機難以破解的新型密碼體系，也被稱為抗量子計算密碼。

安雪碧表示，兩條路線各有特點：QKD的理論安全性已得到嚴格數學證明，PQC在部署成本、應用靈活性上更具優勢。

“在當前QKD與PQC均未出現顛覆性技術突破的階段，二者并非非此即彼的對立關系，而是互補共生、融合賦能的技術組合。”安雪碧說，QKD從物理底層實現安全密鑰分發，PQC依托新型數學算法實現全場景數據加密與身份可信認證，二者協同有望構建物理加算法防護的網絡安全體系。

未來3至5年有望多領域規模商用

近年來，我國量子保密通信產業化進程不斷提速。安雪碧表示，未來3至5年，量子安全服務將率先在政務涉密數據傳輸、金融跨域交易清算、能源電網智能調度等領域實現規模化應用。

與此同時，隨著各類民用產品的普及，普通用戶也可以通過手機等終端，更便捷地使用量子安全服務。“量子安全將逐步從專業專網場景，走進大眾日常通信與個人隱私保護領域。”安雪碧說。