在不久前举办的2020天翼智能生态博览会上， 中国电信展出了两台样机，分别根据华为和中兴现有手机改造而来。两台手机屏保为中国电信、国盾量子的标识，用户可在通话过程中一键选择两种通话模式——“加密通话”或“普通通话”。

这种可以进行“量子安全通话”的手机究竟为何物？与传统手机有何区别？

配备了“量子密钥”的保密手机

“量子密钥是指使用量子信息技术制备出的密钥。”郑家升说，量子密钥与手机安全通话结合的具体方式是：提前将量子密钥预充注至安全SIM卡中，通过安全SIM卡对拨打安全通话时的语音数据加密，从而防止语音传送的内容泄漏。这其中的“安全SIM卡”，结合了普通SIM卡和安全芯片的功能。既可提供运营商入网的鉴权等普通SIM卡功能，又可提供安全芯片的相关功能。做到为手机提供安全能力的同时，又不额外多占用手机卡槽。用户自己的普通手机通过使用安全SIM卡即可享受量子安全通话服务，也就是说，量子安全通话服务并不需要用户专用定制手机。

目前，国内外可制备量子密钥的量子信息技术主要包括QKD（量子密钥分发技术）和QRNG（量子随机数，是使用量子原理制备随机数的技术），如上半年三星发布的“量子加密手机”就是手机内置了量子随机数芯片。量子密钥特点在于其真随机性，密钥生成基于物理机制而非数学算法，其安全性是经过严格数学证明的。

据了解，中国电信预计在明年开始区域性试点推广量子安全通话服务，由国盾量子提供相关技术支持。届时用户只需到营业厅将普通SIM卡更换为量子安全SIM卡并开通加密通话套餐即可享受量子安全通话服务。拨打电话时即可选择采用量子安全通话或普通通话。但如果通信双方希望使用量子安全通话服务，则主被叫双方手机都需要支持这个功能。

两种方式生成手机上的“量子密钥”

据了解，想要应用量子密钥的每个用户可先到临近电信网点的服务站下载自己的专属密钥，这是用量子随机数发生器产生的真随机数。通话时，双方各自对应的服务站之间通过量子密钥分发共享应用密钥，再用两人各自的专属密钥将应用密钥加密后发给双方，然后双方就可以进行保密通话了。如果专属密钥用完了，要再去服务站补充，就像去加油站加油。

“这样一来，通话信息具有高安全性，实现从主叫方手机到被叫方手机间的端到端的加密，网络上的语音信息即使被其他人获取到也无法获得真实语音内容，做到了保持用户使用习惯基本不变，服务无感、高安全。”郑家升说。

“我们目前提供量子安全通话服务的量子安全SIM卡是基于国产密码芯片和国密算法的。量子安全SIM卡实现量子密钥的存储以及安全通话加解密服务，能够满足手机的量产需求。准确而言，量子安全SIM卡不能算作量子芯片。”郑家升表示。

对于部分网络媒体“在没有信号的情况下，量子安全手机可以工作并保证信息安全”的说法，郑家升表示，可进行“量子安全通话”的手机在基本功能上和普通手机一样，没有信号的情况下，无法正常通话。量子安全通话服务是将量子技术制备的密钥应用于安全通话，通话是需要网络的，没有信号无法进行通话。“目前在手机上主要提供量子安全通话服务，后期会根据市场需求逐步开发新的应用。”

量子密钥分发，你可以拥有

国盾量子技术起源于中国科学技术大学，产品已被部署在量子保密通信“京沪干线”在内的量子保密通信骨干网等项目。

目前，量子密钥分发网络的建设需要依托光纤网络。而中国电信作为全球最大的光纤宽带运营商，具备量子密钥分发网络所需的光纤资源。

据了解，中国电信今年11月宣布正式启动“量子铸盾行动”并发布了“量子城域网”方案，布局量子安全产业。计划在未来5年，通过量子铸盾行动率先为10个城市的公共安全提供“量子安全云”，为100个城市提供量子安全组网方案，为10000个政企客户提供量子安全加密解决方案，为1000万移动终端用户提供量子安全通话服务。根据中国电信的安排，预计在2020年底或2021年初，在部分区域小规模进行试用。

有关专家指出，量子保密通信技术仍属于新兴技术，不论是“量子安全通话服务”还是“量子安全超级SIM卡”，随机数还是QKD路线，都只是行业发展初级阶段进行的尝试 探索 ，需要在实用过程不断改善、加强。

现在，不只是金融、政务等高价值用户才用得起量子密钥分发了，普通用户也可以拥有。觉得你的信息值不值得保密？有没有兴趣体验下量子安全通话？

如何解决量子秘钥分发系统的实际安全性

北京时间1月7日凌晨，中国科学技术大学潘建伟团队在《自然》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”的论文，验证了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。

中国科学技术大学教授潘建伟表示：“我们的工作表明，量子通信技术对于大规模的实际应用已经足够成熟。类似地，如果把来自不同国家的国家量子网络合并在一起，并且如果大学，机构和公司聚集在一起以标准化相关协议、硬件等，则可以建立全球量子通信网络。”

全球首个天地一体化量子通信网络

研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上，构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络，实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发，并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。

这项研究成果由潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作。

“论文是对上述成果的一个系统性总结，证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。”中国科学技术大学在官方网站上称。

尽管研究论文是一项总结性的工作，但是意义重大。自“墨子号”量子卫星于2016年8月发射以来，研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上，实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发，生成速率比之前的工作高出约40倍；研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1200公里拓展到2000公里，相应的地面站俯仰角跨度可达170 ，几乎可覆盖整个天空。

与传统的加密不同，量子通信被认为是不可破解的，因此银行，电网和其他部门的安全信息传输的未来。量子通信的核心是量子密钥分发（QKD），它使用粒子的量子状态（例如光子）形成一串加密字符串或者密钥，在发送方和接收方之间进行的任何窃听都会更改此字符串或密钥，并立即引起注意。

目前普遍的QKD技术使用光纤进行数百公里的传输，具有很高的稳定性，但对通信信道损耗很大；而利用卫星和地面站之间的自由空间进行千公里级别的传输，将地面光纤和自由空间结合，可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。

根据中国科学技术大学介绍，按通信信道的不同，量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。光纤QKD技术的信道稳定性较好，可以实现基本恒定的安全码率，在城域城际范围内可以方便的连接到千家万户；在超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景，可以通过卫星中转的自由空间信道连接。

量子通信网络已接入多个行业领域

2017年9月底正式开通的量子保密通信京沪干线，总长超过2000公里，覆盖四省三市共32个节点，是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线。研究团队攻关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监控等系列工程化实现的关键技术。建成后，开展了长达两年多的相关技术验证和应用示范以及大量的稳定性测试、安全性测试及相关标准化研究，同时京沪干线网络的密钥分发量可以支持1.2万以上用户同时使用。

目前该天地一体化量子通信网络已经接入包括金融、电力、政务等150多家行业用户。2019年初，国家电网有限公司基于该网络，建立了跨越2600公里的量子密钥分发信道，实现了电力通信数据加密传输，首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。

“本工作发展的相关技术也为量子通信系统小型化、低成本、国产化奠定了基础。”中国科学技术大学方面表示，“最近团队成功研制了重量约百公斤的小型地面站，实现了与墨子号的星地量子密钥分发实验，和国际多个地面站的进行了星地量子密钥分发实验，未来有望进一步做到可单人搬运；同时，在保证密钥分发速率的前提下已经成功研制几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷，这些成果也为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。”

根据《自然》论文，未来该团队将与来自奥地利、意大利、俄罗斯和加拿大的国际合作伙伴进一步扩大在中国的网络。他们还将致力于开发小型、经济高效的QKD卫星和地面接收器，以及中高地球轨道卫星，以实现空前的万公里级QKD传输。

另据中国科学技术大学介绍，在天地一体化量子通信网络大量测试结果及标准化研究的基础上，全球三大标准化组织之一ISO/IEC正在基于京沪干线的实践编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》，另一国际组织ITU也正基于京沪干线的建设模式起草可信中继安全要求、QKD网络功能架构等国际标准。

“墨子号”成功实现洲际量子密钥分发有何意义？

量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据和票据的电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政以及企业云存储、数据中心等领域和部门，而技术又相对成熟，未来市场容量极大。1、国防军事应用中投顾问在《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中指出，在国防和军事领域，量子通信能够应用于通信密钥生成与分发系统，向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子密钥，构成作战区域内机动的安全军事通信网络；此外，它还能够应用于信息对抗，改进军用光网信息传输保密性，提高信息保护和信息对抗能力；并能够应用于深海安全通信，为远洋深海安全通信开辟了崭新途径；利用量子隐形传态以及量子通信绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的军事信息网络，为国防和军事赢得先机。2、国民经济应用在国民经济领域和部门，量子通信未来可用于金融机构的隐匿通信等工程以及对电网、煤气管网和自来水管网等重要基础设施的监视和通信保障，促进国民经济的发展。3、金融业应用中投顾问在《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中提到，2012年2月21日下午，由中国科学技术大学、新华社联合安徽量子通信技术有限公司、山东量子科学技术研究院有限公司共同建设的“金融信息量子通信验证网”正式开通。量子通信技术对保障国家信息安全具有重要战略意义。金融信息量子通信验证网实现了量子通信技术在金融信息传输方面的成功应用，将对推动量子信息技术更好服务于经济社会发展产生积极示范作用。“金融信息量子通信验证网”首次在全球范围内利用量子通信网络技术以保障金融信息的传输安全，属于量子通信技术在金融信息系统中的首次技术验证和应用。安徽量子通信技术有限公司、山东量子科学技术研究院有限公司充分利用实用化量子通信的技术成果，具体承担和实施了该项目。2011年初，开展了量子通信在金融信息安全方面的应用研究；2011年9月底，建成了连接新华社新闻大厦和新华社金融信息交易所的“金融信息量子保密通信技术验证专线”；2011年11月底，将该“专线”扩展成为4节点、3用户的“金融信息量子通信验证网”，形成了世界上第一个金融信息领域的量子通信应用网络。“金融信息量子通信验证网”使用北京联通提供的商用光纤线路建成，实现了高保密性视频语音通信、实时文字交互和高速数据文件传输等应用。

“墨子号”卫星与不同国家和地区的地面站之间实现成功对接，表明了通过“墨子号”卫星与全球范围任意地点进行量子通信的可行性与普适性，并为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。

基于卫星平台的量子通信是构建覆盖全球量子通信网络最为可行的手段。2011年底，中科院与奥地利科学院签署了协议，计划利用“墨子号”量子卫星在中国和奥地利之间实现洲际量子密钥分发。

在实验中，“墨子号”分别与河北兴隆、奥地利格拉茨地面站进行了星地量子密钥分发，通过指令控制卫星作为中继，建立了兴隆地面站与格拉茨地面站之间的共享密钥，实验中获取共享密钥量约800kbits。基于共享密钥，采用一次一密的加密方式，中奥联合团队在北京到维也纳之间演示了图片加密传输。结合高级加密标准AES-128协议，每秒更新一次种子密钥，中奥联合团队建立了一套北京到维也纳的加密视频通信系统，并利用该系统成功举行了75分钟的中国科学院和奥地利科学院洲际量子保密视频会议。

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