专家量子卫星背后的五大图景 量子通信保密基于物理原理
在酒泉卫星发射中心，太阳帆板展开试验准备（2016年7月30日摄）。（发 中科院微小卫星创新研究院供图）
2016年8月16日，中国最轰动的新闻无疑是世界第一颗量子科学实验卫星“墨子”号成功发射。在技术层面，量子通信是什么，为什么能实现物理原理层面的保密，量子卫星要做哪些实验，已经有许多文章做了解释，包括我也刚刚接受了《环球时报》的采访，这里就不再多谈。本文打算采取宏观的视角，从上往下看，升得越来越高，量子卫星背后一重一重的大图景。
第一重大图景，人们为什么需要量子通信？如果传统的保密方式足够可靠，那么实际上是用不着这种“绝对保密”的通信方式的。但现在的趋势正是，传统的保密方式将要失效，原因是量子通信的兄弟学科量子计算。量子信息是量子力学和信息科学的交叉科学，量子通信和量子计算是它的两个分支。
目前最常用的保密算法叫做RSA公钥加密算法，以三位发明者的姓氏首字母命名。上小学时，我们发现乘法很容易，而它的逆操作除法要难得多。数学中很多操作具有类似的“易守难攻”的特点。找两个质数，把它们乘起来得到一个合数，很容易，但反过来，给你一个合数，把它分解成两个质数，就非常困难。用计算机科学的语言说，因数分解的计算量是指数增长的。用现有的计算机分解一个5000位的数字，需要50亿年！RSA算法就是以因数分解的困难性为基础的。
但是偏偏量子计算机有一个分解因数的聪明的算法，能够把计算量从指数增长降低到多项式增长。这意味着什么呢？量子计算机分解一个5000位的数字，将只需要2分钟！因此，量子计算一旦实用化，现有的绝大多数密码就会失效。在这个意义上，量子计算是最强的矛，量子通信是最强的盾。以子之矛攻子之盾，孰胜？盾胜！因为量子通信的保密不是基于数学的困难性，而是基于物理原理，层次更高。
对密码员来说，好消息是量子计算离实用还很远。但量子计算必然会不断进步，中美等国都非常重视。8月11日央视新闻报道了中国科学技术大学郭光灿院士实验室研发的半导体量子芯片，就是量子计算的重要进展。随着矛的进步，对盾的需求必然会水涨船高。量子通信和量子计算具有这种相辅相成的关系，这是量子信息学科发展的大图景。
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