隨著互聯(lián)網的大范圍普及，人類的信息傳遞達到了前所未有的數量和頻率，伴隨而來的信息安全隱患，令當下互聯(lián)網使用的加密標準——RSA算法受到前所未有的挑戰(zhàn)。

　　面對人類日益上升的信息安全需求，科學家尋找到了以“量子密鑰分配”為核心的量子保密通信技術，并逐步從研究走向實用，形成了一定的產業(yè)規(guī)模。

　　在地面光纖網絡建設方面，世界第一條量子保密通信主干線路“京滬干線”即將建成，然而為了更遠距離的量子保密通信，在建設地面光纖網絡的同時，還需借助多個飛行器覆蓋光纖無法到達區(qū)域的量子密鑰分配。

　　“天宮二號”搭載的“量子密鑰分配專項”，就是以實現空地間實用化的量子密鑰分配為目標，通過天上發(fā)射一個個單光子并在地面接收，生成量子密鑰。

　　據介紹，“天宮二號”軌道飛行高度大約為400多公里，飛行速度約為每秒鐘8公里，地面站的接收口徑約一米。用來生成量子密鑰的光子，需要精準地打在地面站的望遠鏡上，精準程度就如同在一輛全速行駛的高鐵上，把一枚枚硬幣準確地投到10公里以外的一個固定的礦泉水瓶里。量子密鑰分配的精準度和實現難度可見一斑。

　　“天宮二號”量子密鑰分配專項載荷

　　然而，這項高難度實驗又是如何為通信安全保駕護航的呢？這要從量子態(tài)的特性說起。

　　據中科大相關專家介紹，依據量子不可克隆定理，復制（即克隆）任何一個粒子的狀態(tài)前，首先都要測量其狀態(tài)。“但量子態(tài)不同于經典狀態(tài)，非常脆弱，任何測量都會改變量子態(tài)本身，因此它無法被任意復制。”

　　當竊聽者竊聽經典信息時，相當于復制了經典信息，使原本接受者和竊聽者各獲得一份信息。“不過，量子信息傳輸時，由于無法克隆任意量子態(tài)，竊聽者在攔截量子通訊信息的同時，也相當于銷毀了所獲得的量子態(tài)。”專家稱。

　　以“天宮二號”量子密鑰分配載荷為例，如果將“天宮二號”上發(fā)射的光子比作硬幣，它的偏振方向就好比硬幣的偏轉角度，這也是量子密鑰安全性的來源所在。

　　基于量子力學測量原理的“量子密鑰分配”BB84協(xié)議，好比為硬幣選取了“↑”、“→”、“↗”、“↘”四個偏轉角度，并且都對應好二進制編碼。密鑰分配時，發(fā)射端和接收端都隨機用“+”和“×”兩種洞來讓硬幣通過。扔一個硬幣，雙方就通過電話對比一下選的洞，留下洞一樣時扔的硬幣結果，生成二進制量子密鑰，從而從根本上保證了密鑰的安全性。

　　如果有人竊聽，竊聽者只能隨機選擇“+”和“×”兩種洞。測過硬幣角度后，為掩蓋竊聽行為，他需要將硬幣再扔給接收方。但是該硬幣已經被測試，會有一半的概率改變角度。此時，接收方經過測試就會發(fā)現硬幣的測量結果和發(fā)送方有1/4的概率不同，從而判斷出存在竊聽者，便可及時停止密鑰分發(fā)，保障信息安全。

　　因此，專家強調，只要是成功分配的量子密鑰，就一定是沒有被竊聽過的安全密鑰，即“天知地知你知我知”的密鑰，從而成功將信息保護得密不透風，打贏這場信息保衛(wèi)戰(zhàn)。

　　另外，專家同時表示，相較于“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星主要針對包括雙向量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)在內的糾纏相關的量子通信實驗，“天宮二號”搭載的量子密鑰分配載荷目標更加聚焦，只針對量子密鑰分發(fā)實驗。并且，由于“墨子號”是太陽同步軌道運行，一天單軌，其量子密鑰分發(fā)只作為實驗目標，而“天宮二號”一天多軌道運行，可以進一步嘗試空地量子密鑰分發(fā)應用。