在21世纪的信息社会,信息数据无疑是最重要的。当你拿起电话,可能最大的担心是被窃听;通过网络传送一份保密文件,最担心的是途中被窃取……这些问题在国家军事安全领域更为突出。随着社会的发展,人们对保密提出越来越多的需求,而各种保密通信体系也在不断地满足着这些需求。
今天,中国在量子通信领域获得重大成果——凌晨1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子通信手段就能从根本上解决“信息被窃取”的问题。那么很多人会问,什么是量子通信?量子通信卫星发射后对电子通讯和互联网会带来什么影响?尤其是在军事领域,量子通信将发挥怎样的重大作用?
不可窃听、不可破译的“坚固盾牌”
据相关资料介绍,量子信息因其传输高效和绝对安全等特点,被认为可能是下一代IT技术的支撑性研究,并成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。实际上,量子通信简而言之就是一个量子的量子态变化信息会立刻被另一个量子接收到——这就是爱因斯坦著名的理论“距离中的幽灵行为”。结果好比是有两张相隔10英里的纸张,人们在其中一张纸上书写的时候,另一张纸上会立刻显现所书写的信息。
2011年10月份,当我国科学家潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发后,国际光学权威杂志《光学快报》立即刊登文章称,中国在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题,经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配,这是当时国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统。
在很长一段时间里,全球最风靡的电影及小说都是以间谍战和破译密码为主要内容,以此来解释密码战中的攻防对抗,再恰当不过。窃听、反窃听;加密、解密……很多人最关心的是,有没有绝对安全的保密通信,让窃听、破译者无计可施?美国《时代周刊》称,随着中国量子通信的成功,这意味着,量子保密通信已走出了书本和实验室。
对于密码的重要性,媒体经常引用这样两个故事。第二次世界大战中,波兰人和英国人成功破译了德国著名的“恩格玛”密码,因此盟军提前得知了德国的许多重大军事行动;美军破译日本的高级密码———“紫密”,从而击毙了日本海军大将山本五十六,扭转了美军太平洋战场的被动局面。
这些都是密码攻防战中的典型范例。保密通信的原理在于,唯有掌握“密码钥匙”(简称密钥)的人才可以轻易重现传递的信息。信息的安全性主要依赖于密钥的秘密性。
保密通信分为加密、接收、解密3个过程:发送者将需要发送的内容通过某种加密规则(密钥)转化为密文;接收到密文后,接收者采用与加密密钥匹配的解密密钥对密文进行解密,得到传输内容。在整个通信过程中,如何保证密钥的保密性和不被破解是最为关键的问题。
那么,保密通信能够绝对安全吗?有专家称,量子密码技术就是一面“坚固盾牌”。量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。
发射量子通讯卫星早就被中国科学界列为未来一项核心任务。早在2011年9月,中国科学院院长、党组书记白春礼在谈到中国能否抓住第六次科技机遇时透露,中科院计划在未来十年发射五颗科学卫星,其中,量子通讯卫星和探测暗物质的卫星发射将列为重中之重。
中国量子通讯卫星
据相关科学人员介绍,量子信号从地面上发射并穿透大气层——卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一特定卫星——量子信号从该特定卫星上再次穿透大气层到达地球某个角落的指定接收地点。
由于量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗,如果能够在技术上实现纠缠光子再穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性,人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。这样一来,这种世界上最为保密的通信手段将会覆盖世界任何角落。
在西方眼中,中国发射的量子通讯卫星是一颗战略性和科学试验性的卫星,体积偏小,寿命偏短。关于这颗卫星,据中国科技大学内部人员透露,量子通讯卫星属于一颗小卫星,一般的卫星都是几吨重,它重量只有几百公斤。而且这枚量子通讯卫星的执行目标很单一,就是用来试验量子通信的相关内容。据了解,将会有专门的机构制造出量子通讯卫星,中科大只是在它上天后利用其做实验。
此外,这枚量子通讯卫星的设计寿命也很短,只有两三年,完成预定的实验后可能就要坠毁。看来,今天凌晨发射的卫星只是“探路者”,今后更多的量子通讯卫星“上天”后,就可以打造一个全球性的量子通信网络。
对中国潜艇有巨大用途
中国科学家在量子通信研究上再次创造世界纪录,应用这项高科技,中国军方能瞬间传送军事信息而不被破坏或拦截。通过这项保密力度极强的科技的应用,能大幅度提升军队的指挥和控制能力,使得中国在信息战能力方面超越美国。
在美国将军事安全重心转向亚太之后,中美军事关系再次退回到针锋相对的状态,在南海和东海之上,美国插手中国周边地区争端的迹象越来越明显。而现代战争明显已经成为一种高科技的比拼。在看到美军在第一次海湾战争中摧毁伊拉克部队后,解放军立即意识到必须提高自己陈旧的军力,并因此在过去的20年里每年都在增加军费开支。
对于中国正在发展的“量子隐形传送”技术,美国国防集团公司情报研究和分析中心的研究人员马太·卢斯称,“安全通讯依赖物理定律保证。现在中国拥有顶级的军事通讯能力,更换了密码系统,将引发了新一轮军事通讯竞赛。”
美军技术人员认为,此项新科技能大幅度提升其指挥和控制能力。科学家用机器来操纵被称为“量子”的光学单元,通过改变量子的量子态,创造出一款全新的、易读的不同于“摩斯密码”的密码形式,通过它可以传送简单信息或加密代码。另据中国《自然光子学》杂志论文声称,利用高功率的蓝光(中国预备装备到潜艇编队),中国可以远比任何媒介更有效地传送光量子信息。
这一过程被称为“隐形传送”,真实的信息实际上不会被移动。为什么这比普通的电子邮件或无线电优越呢?卢斯称,因为这种方式从理论上不可被破坏或拦截。假如激光束里的量子被第三方观察到,粒子自身就会改变,这就是物理学上所谓的“海森堡不确定理论”,这种状态依赖粒子的改变来衡量。如果遭到拦截,发送者和接受者都能立刻觉察到有人在窥探。
卢斯称,选择这种蓝光——与美国测试过的红外线不同——是考虑到潜艇编队发展的需要,因为蓝光在水下可以传送更远的距离。很快,中国卫星可以与潜艇进行通讯,而再也不需要其浮出水面或发射无线电来暴露位置。
早在2013年11月,香港《大公报》就曾报道,中国在量子通信领域已经走在世界前列,并在潜艇上先行先试,深海保密通信取得了成功,“反窃听”的意义重大。量子通信在国防和军事应用方面有着无与伦比的广阔前景,可以利用量子隐形传输以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点,建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。除了能够服务于潜艇之外,量子通信能够应用于信息对抗。由于光量子密码具有“不可破”和“窃听可知性”,且光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合。因此,可以用来改进目前军用光网信息传输保密性,从而提高信息保护和信息对抗能力。
另外,量子通信能够应用于构建超光速信息网络。军事信息网络需要大容量、高速率传输处理及按需共享能力。随着量子通信技术的研发突破和日趋成熟,可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点,建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。
美国《时代周刊》的文章称,没有人能断言中国军力会很快超越美国,但这不仅仅是通过海上军演竞争就能决定名次的,还取决于中国需要多久将这项最新科技应用到军队,取决于改善解放军的精准度时保持信息战等方面的能力,取决于协调性和保密力度。在这些方面,中国实现了量子大跨越。
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