保密的话，交给“量子密话” | 科普央企那些事儿

据中央广播电视总台中国之声报道，中国电信日前正式对外宣布，推出行业内首款量子安全通话产品“量子密话”，该产品由中国电信控股的中电信量子科技有限公司开发，具备高等级安全，以App形式实现，已成功在安徽试商用。
以前人们听过很多关于量子的概念，但都是真假相掺，比如量子通信是真的，量子波动速读、量子袜子……这些都是假的。今天我们说的“量子密话”又是什么呢？小新今天为大家带来系列科普——#科普央企那些事儿#第七期，一同揭开量子安全通话的神秘面纱！

量子通信是什么？

量子通信简单说，就是通过量子本身的特性，生成密钥——或者更形象的说，就是一个密码本。双方会同时获得一个密码本，这个密码本别人没有，而且一旦有人试图去偷看这个密码本，双方还能发现有人偷看。而且这个密码本，只使用一次，下次不用了，理论上是一种绝对安全的加密技术。所以，量子通信不是一种通信技术，而其实是拿到密码本的技术，学术上叫“量子密钥分发”。

“量子密话”是什么？

“量子密话”是用量子信息技术来保护通话的安全服务。作为国内首款将5G与量子信息技术紧密结合的移动通信产品，“量子密话”最主要的特点是充分利用量子随机数及量子密钥分发机制来生成认证密钥及通话密钥，其密钥具有真随机性。

中电信量子科技有限公司副总经理查子龙解释说，真随机性其实是相对普通一些加密方式而言的，简单来说，就是这些密钥只能用一次，用户每次发起“量子密话”时，通话会随机抽取芯片内的一个量子密钥与后台建立连接、校验身份信息，认证通过后，再另外实时生成一个新密钥作为会话密钥。“量子密钥是从我们的量子密钥分发网上实时取得这种量子密钥，每一次是真随机性的，而且我们每一次通话，比如我现在给你打电话业务，用的密钥，只用这一次密钥，下次就不再使用了，就废弃了。”查子龙介绍道。

那么，这一次密钥使用后，是否一定不会被破解呢？答案是，这一次经过巨大的演算有可能被破解，但下一次又是新的密钥，所以接下来的通话仍然无法被破解。这样一来，就可以实现从主叫方手机到被叫方手机间的端到端的加密，通话的语音信息即使被其他人获取到也无法获得真实内容，安全性大大提高。

目前中国电信提供的是量子安全SIM卡的方式，而不是定制手机。只需要换个SIM卡就可以，卡的价格在100元以内。成本低、具有NFC功能的手机都能使用，也不用换号。目前安卓手机基本都可以适用，苹果手机暂不支持。

量子安全通话业务市场前景如何？

短期内，量子安全通话产品的使用群体主要为政务、军队、金融、大中企业等追求绝对安全的用户，随着人们对个人隐私和信息安全保护认识的提升，未来公众市场也将迎来广阔的发展需求。在广州召开的中国电信2020天翼智能生态博览会上，中国电信正式发布“量子铸盾行动”，明确未来5年将为1000万+移动终端用户提供量子安全通话服务。

量子通信具有安全性高的特点，量子安全通话产品的问世无疑是推动量子通信民用化过程中的关键一步。目前，国家“十四五”规划中已经将量子科技、AI智能、芯片技术等纳入重点研发领域，相信在不久的将来，量子安全专线、量子城域网等逐步进入民用化。

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30多年前，在科学家们对量子叠加、量子纠缠等量子力学基本问题的研究过程中，精细的量子调控技术逐渐发展起来，使得人类从对量子规律的被动观测跨越到对量子状态的主动精确操纵，由此我们现在所说的“量子科技”便诞生了。

量子科技是融合量子调控和信息技术而产生的新兴学科。在这一领域，我国已经取得了一系列重要科学问题和关键核心技术突破，并在部分方向实现国际领先。我国量子科技将如何深化发展，自主创新科技体系将如何构建，从基础研究到实用化、工程化的转化之路将如何实现引领性突破？科技日报记者对中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟进行了专访，请他谈谈对量子科技发展的思考。和小新一起来看——

潘建伟：量子计算正从“玩具”变成“工具” 

不会取代现有通信方式，量子通信将大幅提升信息安全水平

问：在“墨子号”量子科学实验卫星发射升空后，我国科学家已经利用它取得了一系列研究成果，并成功将量子通信发展到了实用阶段，这是否意味着，一种颠覆传统的通信方式即将诞生？

答：尽管量子通信是一个新兴领域，但它并不是要取代现有的通信方式，恰恰相反，它将以一种新的途径来大幅提高现有信息系统的安全性。

现代信息安全体系的核心要素是密钥，只要确保密钥安全，就可以保证加密信息的安全。在传统保密通信中，至今还没有能严格证明其安全性的方法。

但量子保密通信却可以在已有公开信道中，通过量子密钥分发实时产生密钥并安全便捷地分配到用户，使得在量子密钥的传输过程中，如果信息被窃听，窃听者无法做到不留下痕迹。而且这一点是绝对的，是由量子力学基本原理所保证的。

问：目前，我国已通过“墨子号”和“京沪干线”的实验，构建了首个天地一体化的量子通信网络雏形，我国量子通信也已经处于国际领先水平。那么，为持续保持引领地位，我国还需要在哪些方面着力？

答：量子通信的发展目标是构建全球范围的广域量子通信网络体系。首先通过光纤实现城域量子通信网络，进而通过中继器实现邻近两个城市之间的连接，最终通过卫星平台中转来实现遥远区域之间的连接，这是广域量子通信网络的发展路线。

按照这一路线，量子通信未来的发展，一方面需要扩大量子通信网络的有效覆盖范围，包括实现量子通信网络和经典通信网络的无缝衔接、实现可支持千公里量级的量子中继、发展下一代可全天时工作的量子卫星网络等；另一方面，需要在工程化集成与验证的实践中推动核心器件的自主研发、相关应用标准的制定和规模化的应用示范。

有3个里程碑发展阶段，通用量子计算机诞生或还需20年

问：除量子通信外，量子计算也得到了极高的关注，国内外均有企业声称已进入到量子计算领域，但同时也有观点认为量子计算还很遥远。对此您怎么看？

答：量子计算研究是一个高度复杂的工作，对于学术界而言，还是要循序渐进，实现一个个阶段性的目标。国际学术界公认的量子计算发展有几个里程碑阶段——

第一个里程碑是实现量子计算优越性，即量子计算机对特定问题的计算能力超越超级计算机，这需要相干操纵约50个量子比特。2019年谷歌实现的量子计算原型机“悬铃木”就包含53个超导量子比特，在求解随机线路采样问题上超越了超级计算机，也就是成功实现了量子计算优越性。但是，求解随机线路采样目前看来还没有现实意义，现在的量子计算原型机更像是一个“玩具”，只能在玩某一个游戏方面击败经典计算机，它的重要意义在于，证明了量子计算机是可以超越经典计算机的。

第二个里程碑是实现专用量子模拟机，即相干操纵数百个量子比特，用于解决若干超级计算机无法胜任的实用问题，例如量子化学、新材料设计、优化算法等。到这个时候，量子计算机才真正开始有用，变成一个“工具”。我们希望能够在5—10年内实现这样的量子模拟机，这是当前的主要研究任务。

第三个里程碑是实现可编程的通用量子计算机，即相干操纵至少数百万个量子比特，同时将量子比特的操纵精度提高到超越容错阈值（>99.9%），能在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。到了这一阶段，量子计算机可能就和我们现在观念中的计算机差不多了，可以用来快速解决很多问题。不过，由于技术上的巨大挑战，何时实现通用量子计算机尚不明确，学术界一般认为还需要20年甚至更长的时间。

调控技术迅速发展，精密测量已经进入量子时代

问：除上述两大领域外，量子精密测量也是量子科技非常重要的细分领域，相比而言，公众可能对它比较陌生。能否请您介绍一下，量子技术对精密测量的意义？

答：量子状态对环境高度敏感，其实就是一个非常灵敏的传感器。同时，物理量的量子化也提供了一个非常精确的基准，比如光子是光能量的最小单元，在一定频率下，一个光子的能量就是固定值，那么如果我们能够一个个地“数”光子的话，基本物理量中的发光强度就可以用光子数来定义，精度和稳定性都会大幅提升。这里“数”光子其实就是指量子调控的能力。

正是鉴于量子调控与量子信息技术的快速发展，2018年第26届国际计量大会通过了量子化方法定义国际单位制的重大决议。事实上，时间、位置、加速度、电磁场等很多物理量，都可以利用量子技术实现超越经典技术极限的精密测量。

问：量子精密测量包括了哪些应用领域？

答：量子精密测量的主要应用包括高精度光频标与时间频率传递、量子陀螺仪、原子重力仪等量子导航技术，以及量子雷达、痕量原子示踪、弱磁场探测等量子灵敏探测技术等。这些技术将在惯性导航、下一代时间基准、隐身目标识别、全球地形测绘、医学检验等广泛领域发挥重要作用。

我国量子精密测量领域的研究整体上相比发达国家还存在一定差距，但这个差距近年来正在迅速缩小，并且在部分方向上已经与公开报道的国际最高水平相当。

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内容来源丨央广网 科技日报