中国的量子卫星可能会永远改变密码学

在网络攻击和全球电子监控层出不穷的时代，各国和公民都在想方设法确保通信安全。中国即将启动一项项目，该项目可能为建立牢不可破的通信系统提供途径，即把信息量子化并送入太空。新的量子空间卫星 (QUESS) 计划不仅仅是科学实验。中国已成为量子通信技术领域的世界领先者；一颗提供量子通信的卫星将成为将尖端研究转化为中国全球实力战略资产的基石。

密码学通过使用加密密钥（如数字键盘）来运作，当将密钥应用于加密算法时，可用于解密或加密消息。量子纠缠是将两个或多个粒子融合成互补的“量子态”的行为。在这种状态下，没有粒子可以独立描述，而是粒子存在于模糊的共享量子态中，当被观察时会“崩溃”。因此，量子加密利用了这一特性，用它来检测潜在的窃听者，他们的存在会导致量子态崩溃，并向合法方揭示他们的监视行为。此外，量子力学的复杂性使得几乎不可能对通过量子纠缠生成的量子密钥进行逆向工程。

因此，从理论上讲，量子密钥甚至不可能被量子计算破解——量子计算是一种理论上的超级计算形式，有​​望破解传统形式的加密。（但必须注意的是，并非所有方法都绝对安全。与其他形式的加密一样，量子安全通信也容易受到拒绝服务、量子通信设备物理篡改、操作安全人为失误和冒充发送方等攻击的影响）。

量子空间卫星，又称空间量子实验卫星（QUESS），将努力将这一理论变为现实。它将于 2016 年 7 月发射。首席科学家潘建伟表示，QUESS 将完成中国日益壮大的量子通信网络，其中包括北京和上海之间长达 2,000 公里的网络。

QUESS 的功能是测试量子纠缠现象。这颗重 500 公斤的卫星由中国科学院运营，包含一个量子密钥通信器、一个量子纠缠发射器、一个纠缠源、一个处理单元和一个激光通信器。QUESS 将在两个地面站（一个在中国，另一个在欧洲）之间中继传输量子密钥。潘建伟指出，所涉及的距离（QUESS 的轨道高度为 1,000 公里）非常适合测试光子的量子隐形传态。此外，奥地利科学院将为欧洲地面站提供光接收器。

除了自身努力外，中国科学家还与欧洲同行合作研究其他量子技术，如光子隐形传态、传输误差减少和随机数生成器。如果 QUESS 成功，中国将在 2020 年建成亚欧量子密钥分发网络，随后在 2030 年建成全球量子通信网络。

量子卫星是美国国家空间科学中心的“战略重点项目”之一，其中包括研究黑洞、暗物质和宇宙背景辐射的科学项目。该项目标志着中国太空计划的重大转变，此前中国太空计划主要侧重于载人和机器人太空探索，而不是太空科学。但毫无疑问，该项目的安全意图是显而易见的。潘建伟指出，量子密码学牢不可破的安全性对中国的任何区域作战能力都至关重要。

QUESS 属于一系列实验性量子加密计划的一部分，这些计划可能旨在解决人们对中国信息安全的担忧，尤其是在后斯诺登时代。政府、军事和金融网络是间谍活动的热门目标，量子加密有望为这些系统提供一定程度的潜在牢不可破的加密，以及一种检测任何入侵企图的万无一失的方法。

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