我们在网上转账、网上购物的时候，有没有想过自己的信息是否安全？别着急，总有一天，有人破解了你的银行卡密码，你的钱就没了~所以为了时刻保证我们的信息安全，所有的信息加密算法都在不断升级。首先介绍一下传统通信是如何实现信息加密的：传统通信加密过程如下：传统通信加密过程发送明文，通过加密算法和密钥将明文编译成密文。密文被发送到接收方。接收方通过解密算法和密钥将密文翻译成明文。可见，在加密通信过程中，“钥匙”是非常重要的。以目前保护我们“电子钱包”的RSA密钥为例。破解RSA加密密钥，需要用非常暴力的方法，将一个超大数（比如1024位）分解成两个质数。乘以它，要用我国的超级计算机“太湖之光”才能破解需要几十年。看到这里，是不是有一种“高枕无忧”的感觉呢？不要掉以轻心！量子计算时代已经拉开序幕。使用量子计算机，别说是1024位的密钥，就是破解2048位的密钥也只需要几秒钟！当计算不再是问题时，信息安全才是问题。如果量子计算机成为刺破现有加密系统的“长矛”，我们将如何保护自己的钱包，保护好那些羞于在未来被人看到的小秘密？我们可以放手吗？当然不是！只有魔法，量子加密才是量子计算机坚不可摧的安全“盾牌”。是一种不可窃听、不可破译、无条件安全的通信加密方式。接下来，就让大家走近它吧！01什么是量子？为了不吓跑大家，我们可以简单的理解为量子是物理世界中不可分割的最小基本单位，比如光的不可分割的最小单位。单位是光子，或者说“光量子”，是量子的一种。02量子加密与传统加密有什么区别？刚才我们提到了“钥匙”在传统传播中的重要作用。量子加密的优势就在于它的终极秘宝“量子密钥”！量子密钥不同于现在的普通密钥，它更安全、更可靠、不可破译。简单来说，量子加密通信分为两步。量子通信加密过程1.通过量子信道进行量子密钥分发。量子卫星发送一对完全随机且只有通信双方知道的量子密钥。在此步骤中，仅生成和分发密钥。2.通过传统通道传递密文。发送方利用获得的量子密钥将信息加密成一段密文，接收方对收到的密文进行解密，从而实现通信的完全保密。03“量子密钥”这么靠谱？为什么？真的是太靠谱了！如此可靠取决于量子的随机性和不可再现性。随机性在量子密钥分发过程中，量子卫星随机发送成对的不同偏振态的光子（也称光子，是量子的一种）。为了测量量子卫星发射的光子态，作为接收端的通信方必须建立测量基地。对于发送的每个具有随机偏振态的光子，接收端必须随机放置一个测量基座进行测量。当测量基接收到一个光子时，它必须根据以下条件判断接收到的信息是1还是0。量子卫星发射的光子偏振态置于接收端的测量基座中。那么，卫星发出的光子极化有几种状态呢？接收端的测量基地有多少种状态？如何判断接收到的信号是0还是1？发送端发出的光子有四种偏振态：90°偏振、0°偏振、45°偏振和135°偏振。接收端的测量底座有两种状态：直立和倾斜。从上图可以看出，0°偏振和90°偏振的光子只能被直立放置的测量座识别，光子遇到倾斜放置的测量座则无法识别。45°偏振和135°偏振的光子只能被倾斜放置的测量底座识别，但如果光子遇到直立的测量底座则无法识别。如果无法识别怎么办？我们只能“认倒霉”，依靠量子的“神奇”特性——随机性进行随机分布。对于无法识别的偏振光子，哪个代表0，哪个代表1，将被随机分配，这正是量子密钥超保密的“最强杀招”。举例说明：卫星发射机随机发送一系列不同偏振态的光子对，一组发送给A，一组发送给B。为了便于理解，假设偏振方向量子卫星发送给A、B的随机纠缠量子对的组成如下：A、B接收机使用如下随机测量基进行测量，可以分别得到：最后，通信两端的A、B使用传统的沟通方式，比如打个电话，发个微信，交流一下测量底座是怎么放的“是直放还是斜放”。那么A和B就保留了同一个测量基对应的信息，我们称之为“量子密钥”！因此，上例中的“量子密钥”为“001”，如下图所示。在这种传统的通信过程中，根本不用担心被窃听，因为即使被窃听，也只能得到通信双方相同和不同的测量基数，但这对窃听者来说是“无用的”，除非他能窃听量子卫星发送给通信双方的量子信号。可能有人要问了，万一某些有权势的人可以窃听到通信双方的量子卫星发送的量子信号呢？答案是“绝对不可能！”这就不得不说到量子的另一个重要特性了~不可再现性因为量子是不可再现的，即在不破坏其状态的情况下无法复制或测量，所以窃听会立马被发现。值得注意的是，量子卫星在分发密钥时，密钥中的每一对量子都处于“纠缠”状态。如果一个量子的状态发生变化，另一个量子的状态也会相应地发生变化。也就是说，如果窃听者想要截获量子密钥，就需要测量量子信道中的量子信号。根据“不可再现性”，量子信号在测量过程中会改变信号本身。反过来会导致接收密钥的双方接收到的乱码信号大量增加，从而暴露窃听的存在。此外，每串密钥都是随机生成的。一旦被窃听，通讯的双方都能立即察觉并立即更改密码，做到100%加密~04“量子加密”哪个更好？小编自豪地说：只有我国拥有世界领先的“秘密武器”——“墨子号”卫星！墨子号量子科学实验卫星是为量子通信而研制的。目前，量子通信已经开始走向实际应用。2017年9月29日，全球首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通。“京沪干线”传输距离2000多公里，途经北京、上海等城市，主要承载重要信息的保密传输。“京沪干线”建成后，经历了两年多的相关技术验证和应用示范，以及大量的稳定性试验、安全试验和相关标准化研究。结果表明，“京沪干线”可抵御目前已知的所有窃听攻击，网络密钥分发能力可支持12000多个用户同时使用。05“量子加密”何时普及？我国虽然已经投入使用量子通信，但要实现大规模通信还存在诸多困难。例如：量子通道传输还是有距离限制的：远距离传输带来的信号消耗——“信号过了就没了……”。量子通信卫星的数量还很少：我国还需要发射更多的量子通信卫星，形成覆盖全球的量子通信网络。目前，我国科学家仍在量子传输领域取得突破，屡获佳绩。让我们有理由相信，让量子通信走进千家万户并非不可能，虽然任重而道远。
