量子直接通信研究进展

龙桂鲁 潘栋

(1.清华大学低维量子物理国家重点实验室，北京 100084；2.北京量子信息科学研究院，北京 100193)

0 引言

在当今的信息化时代，网络空间已成为国家继陆、海、空、天外的第五疆域，网络安全关乎国计民生。发展保密通信技术，使信息能安全地传送到目的地，对保障网络安全具有重要意义。

经典保密通信是通过对信息进行数学加密来保证安全的，比如一次一密方案(One-Time-Pad)，它是用与消息长度等长的完全随机密钥加密待传明文，密钥只使用一次。只要保证了密钥的安全性，无论使用什么样的强大计算工具也无法破解。一次一密加密方案具有完美的安全性，但对密钥资源消耗巨大，一旦密钥使用完毕，就无法继续保密通信，因此该方案虽很安全，但实际上很少使用。现在广泛使用的经典密码体系是建立在难以破解的数学问题基础上的，分为对称密码和非对称密码两大类。非对称密码又叫做公钥密码，如大整数因子分解的RSA[1]加密体系。随着现代计算机计算能力的不断提高，尤其未来量子计算机的发展，其安全性受到了极大的挑战。很多研究已经证明，量子计算机使得现在广泛使用的公钥密码体系(如RSA和椭圆函数方法)完全失效，对称密码的安全性也被降低，如高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)密码的长度需要加倍才能获得同样的安全性。

寻找可以抵抗量子计算攻击的安全传输技术成为人们亟待解决的问题。一方面，经典密码学发展了新的密码方案，叫作抗量子密码。……