LOCK:跨越4600公里的星地量子密钥分发真的存在吗?

1000年前,如果我们在广东,想给在北京的家人寄一封家书,一个来回可能需要一年半载。

100年前,我们可以发电报,用时可能需要几天,按字符收费。

10年前,我们可以打电话,接通仅需几秒钟。

现在,我们可以直接视频通话,延迟可控制在毫秒级别。

▲5G进一步降低了通信延迟。图片来自:苹果官网

信息传递的载体,从人力,逐渐发展到电波、电话线和光纤,信息迟滞越来越小,但是光的最高速度为299792458m/s,如果距离够远,还是会存在可明显感知的延迟。

有没有更快的信息传播方法呢?

理论上有,那就是量子通信。但目前的技术显示很难实现,所以科学家把目光投在了「量子加密」上。

中国科学技术大学1月7日宣布,中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发,标志着我国已构建出「天地一体化广域量子通信网」雏形,该成果已在英国《自然》杂志上刊发。

BLUR巨鲸地址再次加仓购入150万代币,目前亏损400万美元:6月15日消息,根据0xScope监测,距离BLUR代币解锁还有两小时,一名巨鲸地址再次加仓购入150万代币(价值47万美元),目前该地址总持仓1500万个BLUR(价值470万美元)位列第六;值得注意的是,该地址在BLUR上亏损400万美元,在DYDX上亏损350万美元。[2023/6/15 21:37:52]

量子是什么?

理论上的量子通信,就是利用了量子的几大神秘特性来实现的:

量子纠缠不可分割不可克隆理论证明,两个相互纠缠的量子即使隔着宇宙级的距离,其中一个量子发生了变化,另一个也会同步发生变化,打破「光速牢笼」,实现真正的实时通信。

请注意,我们在量子通信前加了一个定语,叫「理论上」,这是因为量子通信还有有待攻破的难点,更有很多人认为量子通信不可能实现,前文说的「天地一体化广域量子通信网」,其实原理是利用量子的不可分割及不可克隆性质,提高通信的保密程度,并不是真正意义上的完美量子通信。

4600公里传输距离如何实现?

韩国检方将Terra联创Daniel Shin等涉案人员移交审判:4月25日消息,据韩国检方将Terraform Labs联合创始人、Chai Corporation前首席执行官Daniel Shin等涉案人员移交审判。这是检方在对Terra-Luna崩盘事件调查一年后,首次对相关案件作出初步结论。

韩国首尔南部地方检察厅金融证券犯罪联合调查组当天以《资本市场法》中欺诈性不正当交易等嫌疑,对Daniel Shin等Terra项目相关的8名管理人员和普通职员进行了不拘留起诉。检察官在起诉书中称,他们在2019年4月至2020年 5月期间铸造了“投资合同证券”Luna代币,但并在没有提交证券报告的情况下将其分发并出售给投资者。

Daniel Shin被指控的罪名包括:违反资本市场法(不正当交易、违反公募规定、无牌销售)、 违反特定经济犯罪法(欺诈、背信、挪用公款)、违反特定金融交易信息法、违反电子金融交易法、伪造收据、渎职和商业背信。(Newsis)[2023/4/25 14:25:27]

论文显示,「天地一体化广域量子通信网」主要由三部分组成。

The Block CEO因未披露从Alameda Research获得4300万美元贷款引咎辞职:金色财经报道,加密媒体和研究平台 The Block 发布公告称,The Block首席执行官 Michael McCaffrey 因未能披露曾从 Alameda Research 获得贷款而辞职,The Block 首席营收官 Bobby Moran 将接任首席执行官一职,立即生效,McCaffrey 还将辞去公司董事会的职务。McCaffrey 仍是 The Block 的大股东。

据报道,McCaffrey 总共获得了三笔贷款,共4300 万美元贷款,第一笔金额为 1200 万美元,用于在 2021 年收购加密新闻、数据和研究提供商The Block,McCaffrey 以首席执行官的身份接管了日常运营。1 月份的第二笔 1500 万美元贷款用于资助日常运营,而今年早些时候的另一笔 1600 万美元用于在巴哈马购置个人房产。[2022/12/10 21:35:39]

一颗「墨子号」量子卫星七百多个光纤量子密钥分发链路两个地面实验站

Crypto.com将在巴黎设立欧洲总部,计划向该区域投资1.5亿欧元:10月12日消息,加密货币平台Crypto.com周三表示,将在巴黎设立其欧洲地区总部。Crypto.com同时表示,该公司将在法国投资1.5亿欧元(约1.457亿美元),以支持在该市场的开拓工作,并将在合规、业务发展和产品领域聘请当地人才。

上个月,Crypto.com刚刚获得了法国市场监管机构的监管批准,允许其向法国客户提供产品和服务。(路透社)[2022/10/12 10:32:49]

▲天地一体化广域量子通信网.图片来自:中国科学技术大学

通信网在北京、济南、合肥和上海分别部署了共4个关键的队列管理器,再由一条超过2000公里的主干光纤链路和两条连接兴隆和南山的「地-星链路」连接。

工作时,「墨子号」卫星沿太阳同步轨道运转,高度约500公里,连接到兴隆和南山的地面站,进行量子密钥分配。最后经过高效的BB84协议后处理程序,提取出最终的安全密钥。

国际米兰:如果DigitalBits不能按时支付赞助款项,将移除其logo:9月18日消息,如果DigitalBits不能按时支付赞助款项,国际米兰将在2023年1月之前从球衣上移除加密货币公司DigitalBits的logo。(sempreinter)[2022/9/18 7:04:20]

▲量子通信卫星与地面站实验示意图。图片来自:中国科学技术大学

目前,研究人员可以获得每周大约36Mbit的总密钥大小,通过「墨子号」生成的密钥可支持大约6000个用户。

此次尝试难点有哪些?

量子实在是太小了,一次呼吸、一个电灯泡发出的光,一个简单的动作,都能带动亿万个量子,而单个量子又存在不确定性,想要完全「掌控」量子不是那么容易的,因此跨越4600公里的星地量子密钥分发有很多技术性难点。

1.单个光子制备

发表「天地一体化广域量子通信网」论文的潘建伟院士潘建伟说,一个15瓦左右的灯泡每秒钟辐射出的光量子个数可达十万亿亿个,想要实现单个光量子的制备就如同在这十万亿亿个光量子发射出来的瞬间捕捉到其中的某一个。

▲电影《蚁人》用艺术手法展示了微观世界的场景。图片来自:《蚁人》

2.单光子的探测

单个光子已经是光能量的最小单元,能量是非常微弱的,需要发展出非常精密和高效的单光子探测技术。具备了单个光量子的制备和探测能力后,才能够实现安全的量子通信。

▲2016年11月26日拍摄的“墨子号”量子科学实验卫星与兴隆量子通信地面站建立天地链路。图片来自:中国科学技术大学

3.星地通信好比万米高空投硬币

「墨子号」卫星常务副总设计师王建宇举例说,「要从1000千米的高度把一个个光子发射到地面站,就好比在万米高空高速飞行的飞机上,同时向地面两个旋转的投币口细长的储蓄罐扔进一个个硬币。储蓄罐的投币口是细长的,相当于光的偏振,它是有方向的,硬币要把方向对好才能扔进去,而且不是扔一个,要两边同时都扔准才行。」

4.地面探测难度远超千里眼

根据计算,一根火柴划一下大概有1017个光子,而卫星地面站的探测能力,相当于在地球上的人要发现在月亮上有人划了一根火柴。此外,还要在每秒一亿个光子里面,搞明白地面探测到的是第几个光子,这些光子都是排好队的,探测一个就要知道它是第几个,这样才能用来做密钥。

备注:以上技术难点来源为央视新闻。

论保密,量子加密最可靠

有人看完可能会有疑问,信息还是依靠卫星和光纤传输,和量子通信有什么关系呢?

先来说说发微信。我们用手机发送微信时,所有信息都要用算法加密后才进行传输,否则信息容易被截获查看。

但是,所有的加密算法理论上都是可以被破解的,还是会有信息泄露的风险。比如商业机密、军事信息等,为了保证更高的安全性,加密算法比一般信息的传输更为复杂。

▲RSA加密解密过程图解。图片来自:百度百科

有没有万无一失的加密方法呢?科学家想到可以利用量子密钥对信息进行加密。

量子密钥分配利用「单量子不可克隆定理」来实现密钥配送的绝对安全。「不可克隆定理」是指对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制的过程是不可实现的,因为复制的前提是测量,而测量一般会改变该量子的状态。

▲量子纠缠示意图,两个纠缠的量子,其中一个量子的状态发生变化,另一个也会同步出现变化。图片来自:ScienceNews

中国科学技术大学表示,量子密钥由于作为信息载体的单光子不可分割、量子状态不可克隆,进而能保证用其加密的内容不可破译。量子密钥分发是迄今为止唯一被严格证明是原理上无条件安全的通信方式。

打个不太准确的比方,经过量子密钥加密的信息就像一个特殊的信封,只要截获信封的人想打开它,里面的信件就会自动消失,截获行为变得毫无意义。

这次登上《自然》杂志的「实现了跨越4600公里的天地一体化广域量子通信网」,用通俗的话语理解,是给传统通信方式加上量子密钥。

据悉,量子保密通信技术已经为纪念抗战胜利70周年阅兵、十九大等国家重要会议和活动提供了信息安全保障。此外银行业监管信息报送、人民币跨境收付信息管理系统、网上银行数据异地灾备系统等都应用了量子保密通信技术。

量子通信的未来

▲图片来自:ScienceNews

2016年,美国网络安全技术供应商赛门铁克曝出,一个名为「神行客」的黑客小组过去5年间对中国、俄罗斯等国展开网络攻击,该黑客小组技术手段先进,赛门铁克怀疑该小组有国家背景的团队支援。

实际上,这只是黑客攻击的冰山一角,攻击每时每刻都在发生,防不胜防,「天地一体化广域量子通信网」和2000公里量子保密通信干线就是在这样的背景下诞生的,成为了信息安全的「长城」。

很多人看到了量子通信网发挥的巨大作用,应该会不禁发问:目前以光纤为主干的通信网络是否会被很快取代?

潘建伟院士在接受《科技日报》采访中表示,量子加密通信并不是要颠覆或者取代现有的通信方式,反而是可以大幅提升现有系统的安全性。

看来,真正的量子通信,还有很长的路要走。

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