全球首条量子通信线路“京沪干线”建成了吗？

1. 全球首条量子通信线路“京沪干线”建成了吗？

据9月6日报道，“京沪干线”项目2013年7月由国家发改委批复立项，由中国科大作为项目建设主体，由安徽省、山东省投资建设并得到上海市、北京市的大力支持，经过42个月的艰苦努力，突破了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控等关键技术，于去年底完成全线贯通，搭建了连接北京、济南、合肥、上海的全长2000余公里的量子保密通信骨干线路。


资料图
报道称，在最近半年多，相关人员进行各分系统的应用测试和720小时长时间稳定性测试，结果证明系统的各项技术性能指标都已达到设计要求，全线路密钥率大于20kbps，可满足万名用户的密钥分发业务需求
2016年8月16日全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在酒泉卫星发射中心成功发射后，如今大陆将在世界上首次实现卫星和地面间的量子通信。


报道称，京沪干线北京接入点将与“墨子号”量子科学实验卫星兴隆地面站连接，全线密钥率大于5kbps，已形成星地一体的广域量子通信网络雏形，大大扩展了京沪干线应用能力。
报道称，欧美国家近年来也积极规划量子通信网，在大陆“京沪干线”通过总技术验收后，意味着世界首条量子保密通信骨干线路已具备开通条件，大陆在量子技术的实用化和产业化也继续领先全球。
预计在不久的将来，量子通信技术将应用于金融、政务、军事等领域资讯的安全传输。专家指出，随着量子通信在都会区网络、城际网络、广域网络全面展开，量子通信的应用领域将推广到个人生活，到2030年，量子通信市场有望达到千亿元人民币产值。

2. 你了解量子通信吗？知道墨子号和京沪干线能干什么吗？

 2021年1月7日，中科大的潘建伟院士和他的团队，在Nature上发表了一篇文章，名字叫：An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres。中文名字可以翻译成：超4600公里的天地一体的集成量子通信网。
      大家一片欢呼，这是世界上最大、最先进的量子通信网。
     
   没错！
     
   但我还是想要泼一点冷水。
      首先，提请大家注意，这是量子密钥分发（QKD）网络，不是你想的那种、跟现在通信网络一样的东西。这个网络只能传送加密信息的密钥，不能传送信息。 从确切意义上来说，只是量子加密，不是量子通信。 
     
   就像九章量子计算机，从确切意义上来说，最多是一个处理器。我看澎湃新闻里，陆朝阳教授说，他不反对称九章是量子算盘。
     
   在2020年11月，美国国防部发表了一篇文章，评估了量子密钥分发和量子加密技术。
     
   下面我主要来谈谈这篇文章。
     
     
   量子密钥加密的主要原理是利用量子的一些特性，被量子密钥加密的信息如果被人偷听，就会被人发现。因此，我们看很多文章，甚至潘院士和其他科学家都会说，这是个“无条件安全”的方案。
     
   美国国防部的文章里说，这是理论上的安全，在工程实施上因为需要考虑其他的问题，所以这个安全性不应该是由物理定律来保证，而是应该由工程来实现。
     
   所以，这个“无条件安全”其实是要打问号的，肯定达不到。
     
     
   量子密钥分发只能提供密钥，但我们接收信息的时候，除了保密，还需要确定是不是送到了合适的人，送的信息是否完整等等。但QKD不做这个身份验证，所以还需要其他的加密方式来做身份验证。这个就很有意思了，把信息保密得很好，但如果人家把这个身份验证的加密解了，那QKD有什么意义呢？
     
   还有如果单纯的只做信息加密，在美国国防部的这个专家组看来，还是有其他方法来达成这个目标的。其他方法比这个QKD成本要低。
     
      大家欢呼中国有着世界上距离最长、最先进的量子通信，哦，不， 量子密钥分发网络 。请大家一定要记住这是量子密钥分发网络，不是量子通信网络。这个连我一开始都没搞明白，这几年才明白过来，我估计不是这个领域内的人都没搞明白。
     
    一想到这事，我就想对某些写宣传稿的人“呸”一声。 
     
   你写的都是科学术语，我看不懂，那是我的问题，但你们宣传量子通信，不解释这跟常人常识中的通信不一样，就是你的问题。
     
   言归正传。 这个网络最先进，也可以说是科学家做了不少事情，当然也可以说是地主家有余粮，敢花钱。 
     
   因为这些设备都是专用设备。我们特地铺设了从北京到上海的“京沪干线”。大家请注意，这个干线跑的不是数据，是加密数据的密钥，数据还是用原来的线路。给密钥一条干线，大家想想这个成本。
     
   而且，北京到上海这么远，光量子怎么可能一口气、不变形地跑下来呢？所以要有中继站，让光量子喘口气。这都是成本。而且，加了中继站，就有安全隐患，当然在工程上也可以避免这个安全隐患，用点隔离器什么的。那只有一条，接着花钱哦。
     
   大家想想，这个成本有多高。大概也就是我们基建狂魔，不在话下，说建就建了。大家可以去查查，在量子通信这块，国家究竟投资了多少钱。建起来还容易，恐怕这个使用成本也是非常高的。
     
        
   首先，刚才我们讲到了QKD系统并不是无条件安全，是有条件的安全。另外，该密码安全的容错性非常非常小，所以很难验证。其次，这种专用设备就会带来系统的脆弱性。
     
   什么叫专用设备带来系统的脆弱性？比如，在战争状态，敌人要破坏你的网络，让你没法通信。在普通的通信系统里，我们四通八达，断了一处，可以走其他的路。但这个是专用设备，成本很高的，不可能有多条路，即便有几十条，被人攻击了，也就完蛋了。
     
   另外，因为它特别敏感，所以很容易拒绝服务。在常规状态下，被人攻击的可能性不大，但老是拒绝服务会让人火特别大。比如，你在银行，让你输入三次密码，由于它系统的苛刻，你虽然输对了，但系统还判你错，把你账号冻结。你是不是有把计算机砸烂的感觉？
     
   以上是美国国防部的一份白皮书，结论就是否定QKD系统。当然，大家会说，美帝不是好人，它自己在这块落后了，当然说QKD不好。我们不能听它的，我们要有 科技 自信，走自己的路，让别人在后面哭。
     
   别忙，下面我再接着聊。
        
   量子通信为什么会这么火热？因为很简单，有人发现如果用量子计算机来破解现在的RSA加密算法，非常容易，于是大家就开始搞量子通信了。
     
   原先，大家一直说量子计算机5~10年内就要出现，大家都怕得要死。2020年底，潘建伟院士搞了个大新闻，搞了个“九章”量子计算机，号称比现在的超级计算机快1百万亿倍。
      不过，经过我的研究，后来潘院士在直播里面也说了，其实离真正通用的量子计算机还早着呢，通用量子计算机也许50年还不会出现。
     
   当然，量子计算机不出现，也不是不能搞量子通信，基础研究本来都是各个方向都要试试，也允许试错。
     
   不过，大家不知道的是，在量子计算机下，传统加密RSA算法被宣告失效，但QKD针对的根本不是这个非对称加密技术。 QKD做的是量子的对称加密技术。 
     
   这里再科普一下非对称和对称加密技术。非对称就是加密和解密需要不同的密钥，对称是需要一样的密钥。RSA算法是指大数分解算法，在现有的计算机资源下，只要位数足够多，可以认为解不出来，但在量子计算机下，这个不是问题。
     
   但是……但是，QKD做的事跟这个毫无关系……对称加密技术很完备，没什么漏洞。
     
   所以，QKD的重要性要打折扣，看起来好看，其实没太多用。
     
     
   我们看一下1月7日在Nature的这篇文章，里面有一张图表，表明了这个网络的一些性能。主干网的平均传输速率是79.3kbps，卫星没有说平均，最高速率是47.8kbps，最低是1.1kbps。
      大家可能对这些数据没有感觉，可以跟5G的传输速率对比一下，5G客户端的速率一般要求是1Gbps。是kbps的百万倍。如果是主干网传输速率，则更高，有几十Gbps。当年，在上世纪90年代，刚刚有网络，大家靠MODEM上网的时候，最低是14.4kbps。
     
   大家自行想象这个速率能干什么，离实用有多远？
     
     
   上次我写量子计算机的文章，很多网友说，浪费科学家的时间，有本事自己去做一个出来。惭愧，我没有这个本事，做不出来。
     
   但这并不意味着，公众就不能讨论这个问题。
     
   今天恰巧看到Science主编的一个评论，《公众的讨论有益于科学》。他说，现在是互联网时代，很多科学界的讨论已经超过了科学家的内部范围，也许会造成信息混乱，但公开讨论，可以让公众看到科学论述的过程，也可以让科学家们对很多问题看法取得一致。
     
   事实上，我认为大众需要澄清不少概念。上面所说的，现在我们建成的是 量子加密网络 ，不是量子通信网络。量子密钥分发技术针对的是 对称密钥技术 ，而不是RSA加密方法。这些大家都清楚了吗？
     
   上次量子计算机经过很多人的讨论，我想至少有一部分人已经知道，这个量子计算机不是通用量子计算机了吧？
     
   这些概念的澄清有助于提高公众的科学素养，也对我们的科学研究有个正确的认识，这对研究者是个好事。否则，天天说造成了量子通信网络，说了好多年，但如果最终不太好用，是不是太让人失望了？不如一开始就把这些东西给大家讲清楚为好。
     
   另外，量子通信这件事已经脱离科学范畴，进入到了产业和经济领域。比如，在科创板上市的国盾量子。我查了一下，科大控股和潘建伟院士在国盾量子有股份。既然是上市公司，其实应该有必要跟公众解释清楚，现在的量子通信究竟是个什么东西，作用怎么样，重要性如何，路线图是什么样的，是不是可以大规模应用等等。
     
   用一句外行不懂来搪塞，只显出傲慢，没有实事求是的科学精神，也没有对股民负责。
     
   大家说呢？