德邦国际领先美国 5-8 年！这项让欧美追赶不及的“中国黑科技”，已经在悄悄守护你的生活

设想这样一个场景：你刚刚输入解锁密码打开了手机，然后打开支付软件，用人脸识别或者指纹识别付了款。这样的场景每天都会出现在我们的生活中。

但问题是，这个过程真的安全吗？不论是输入密码，还是人脸或指纹识别，最终都要转化成一串代表 0 和 1 的电信号传输出去。这串信号在传输时，对于窃听者来说是一串可以被截取、被存储的物理信号。终有一天，现行的经典加密手段在算力飞跃面前将变得一览无余。

能够破解这一困局的"终极利刃"，就是量子密钥分发（QKD）。目前，我国科学家正致力于构建基于这一技术的天地一体化量子通信网络，试图从物理定律层面为信息安全筑起一道不可逾越的"铜墙铁壁"。

在这一足以改变未来的前沿赛道上，中国领先欧盟 3 至 5 年，领先美国 5 至 8 年，跑在了世界的最前面。

你的密码为什么不够安全

网银通信、网络登录和大量的互联网加密协议，背后常依赖一套逻辑：把密钥协商、身份认证等过程建立在难以求解的数学问题之上。

最广为人知的例子是 RSA 加密。破解它，理论上需要把一个极大的整数分解成质因数，这个计算量对于经典计算机而言大得像天文数字。于是，我们将"无法被算出来"等同于"安全"。

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这套逻辑管一用就是几十年，但它有两个软肋：

第一，纵观历史，再厉害的数学题也总有被解开的那天。二战时，盟军破解了德国人自以为无懈可击的"恩尼格码"（Enigma）密码机，改变了战争走向。今天我们认为牢不可破的算法，未必能在几十年后的数学面前依然屹立。

第二，是量子计算机的崛起。足够大规模、容错的量子计算机将严重威胁 RSA 和 ECC 等现有"公钥密码体系"，就像突然给某些数学题换了一套解法体系。

还有一种令人不安的攻击策略，叫做"先存储、后破译"。窃听者可以现在截取并保存你的密文，等未来量子算力成熟了，再慢慢解开。也就是说，今天发出去的加密消息，在未来可能并不安全。

中国科学技术大学副研究员袁岚峰给出了一个形象的比喻：从古至今，人们提出了许多密码体系，但没有一个在原理上能保证安全，这是因为传统的密码总是需要信使去送密码本。《红灯记》《潜伏》等谍战片里的情报员就是干这个的，密码本的专业称呼叫做"密钥"。信使如果被抓，或者叛变，损失就非常巨大。

后来，密码学家发明了一种聪明的办法，不需要人去送密钥，而是用数学难题去加密。窃密变成了一种数学挑战赛，如果能解出这道数学难题，就可以窃密。但由于密码学家相信这道题非常难，在正常的时间里根本解不出来，所以可以做到保密。

电影《红灯记》海报

量子通信走出了一条不同的路。量子通信指的是利用光子等基本粒子的量子态不可克隆、测量坍缩等特性，或基于量子纠缠效应，进行信息传递和安全密钥分发的通信技术。在量子通信中，量子密钥信息编码在单光子、弱相干光脉冲或纠缠光子等量子态上进行传输，而光子有两个特性：

· 不能复制：量子力学中有一条"不可克隆定理"，单个光子无法被完整复制。窃听者不能偷偷做一份"拷贝"。

· 一碰就变：在量子通信中，窃听者对未知量子态的测量通常会引入可观测误码率，通信双方可通过误码检测和后处理判断是否存在异常。

这两个特性它天然成为了最好的保密信使。量子通信的安全性，不再依赖"没有人有足够快的计算机"，而是依靠"物理定律不允许这件事发生"。这是两种本质不同的安全观。

量子密钥分发是目前量子通信领域最成熟、应用最广泛的一种核心应用。实际部署时，它可以用"外挂"的方式叠加在现有通信网络上：先用量子信道生成密钥，再用这把密钥对信息加密传输。即便有人窃取了数据，得到的也只是密文，而非明文，因此，"先存储、后破译"的策略在这里也行不通。

4600 千米的奇迹

2021 年 1 月，《自然》刊载了一篇重量级论文，宣告中国建成了全球规模最大的量子通信网络：跨越 4600 千米，覆盖四省三市，连接 32 个节点，已接入金融、电力、政务等领域超过 150 家用户。

天地一体化量子通信网络示意图图源：参考文献 [ 1 ]

这个网络分"天上"和"地上"两部分，合起来组成了天地一体化量子通信网络：

· 地面网络：超过 2000 千米的"京沪干线"光纤网络，连接北京、济南、合肥、上海四个城市。

· 太空节点： "墨子号"量子科学实验卫星，通过河北兴隆和新疆南山两个地面站，与地面网络连通。

这套设计的精妙之处，在于充分利用了两种传输媒介各自的优势：卫星与地面站之间走自由空间，相比长距离光纤可显著降低吸收损耗，适合承担跨越上千千米的远距离传输任务；地面上的干线和城域网则走光纤，稳定可靠，适合点对点的精细连接。两种方式各补对方的短板，合起来才能覆盖全国。

"墨子号"与地面站之间的光路对准，相当于在万米高空的飞机上，把上亿个一元硬币一枚一枚投进地面上一个不停旋转的储钱罐，同时还得精准穿过细细的投币口。《自然》杂志的审稿人评价这项成果是"地球上最大、最先进的量子密钥分发网络"，是一项"巨大的工程性成就"。

星地量子密钥分发（QKD）实验示意图图源：参考文献 [ 2 ]

面对近年来欧美的加速追赶，这一优势非但没有缩小，反而仍在扩大。2025 年 3 月，《自然》上又刊载了另一篇中国团队的论文。这一次，主角换成了量子微纳卫星和可移动地面站：中国与南非在相隔 12900 多千米的距离上建立了量子密钥，单次卫星过境期间传输了多达 100 万比特的安全密钥，首次实现了上万千米的实时星地量子通信，且设备体积更小、成本更低、速率更高。

一个可以实用化组网的时代，正在加速到来。

领跑全球，但并非没有挑战

中国在量子通信领域的领先，已经延伸进了现实生活。

据部分第三方产业研究机构预测，2024 年我国量子通信相关市场规模约为 892 亿元。中国电信联合国盾量子推出的"量子密话"是全球首个运营商级量子通信应用，目前服务用户已超过 600 万。量子通信开始走入寻常百姓家。

然而，这张漂亮答卷的背面，藏着一个必须正视的挑战：现阶段设备成本较高，量子保密通信终端的造价约为传统加密方案的 5 至 10 倍。这一成本差距，是大规模网络部署面临的现实门槛，这也使得距离量子通信实现规模化应用仍有距离。小型化、芯片化、批量化生产，将成为解题的关键方向。

量子通信，下一步往哪走？

如果把当下的天地一体化量子通信网络比作"雏形"，那么研究者心中的终极图景，要宏大得多。

现有的量子通信主要传输经典信息（量子密钥），而未来的"量子互联网"将直接传输量子比特，这需要突破"量子中继"技术——以物理方式替代现有的可信中继节点，实现端到端的纯量子信息传输。

此外，如果想让量子通信真正普及，还必须把昂贵的实验室设备"压缩"进一枚芯片。这不仅能大幅降低成本，也是实现批量生产和大规模部署的基础。在未来，量子通信将与云计算、AI、物联网深度融合，以"外挂"的方式为现有网络做安全增强，逐步形成以量子技术为底层安全保障的数字基础设施。

这张网还将不只服务于通信。科学家设想，未来可以用它开展超大尺度量子干涉实验，探索量子力学与广义相对论如何融合——这是当今物理学最深处的问题之一。

有一个细节，或许能帮助我们理解量子通信的历史尺度：过去几十年，人类建设互联网的逻辑，是先让信息流通，再考虑安全。但量子通信的逻辑正好相反——它把"绝对安全"内置在信息传输的物理底层，让安全成为基础设施本身，而非补丁。

这张覆盖 4600 千米的网络，今天保护的是金融数据和政务系统，而它的终极形态，是一套让任何窃听行为在物理上都无处遁形的全球基础设施。

那条投币口一样细的光路，已经瞄准了。

参考文献

[ 1 ] Chen, Y., Zhang, Q., Chen, T., Cai, W., Liao, S., Zhang, J., Chen, K., Yin, J., Ren, J., Chen, Z., Han, S., Yu, Q., Liang, K., Zhou, F., Yuan, X., Zhao, M., Wang, T., Jiang, X., Zhang, L., . . . Pan, J. ( 2021 ) . An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres. Nature, 589 ( 7841 ) , 214 – 219. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03093-8

[ 2 ] Li, Y., Cai, W., Ren, J., Wang, C., Yang, M., Zhang, L., Wu, H., Chang, L., Wu, J., Jin, B., Xue, H., Li, X., Liu, H., Yu, G., Tao, X., Chen, T., Liu, C., Luo, W., Zhou, J., . . . Pan, J. ( 2025 ) . Microsatellite-based real-time quantum key distribution. Nature, 640 ( 8057 ) , 47 – 54. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z

[ 3 ] 跨越 4600 公里，中国量子通信全球领先，欧美多久才能追上？，袁岚峰，https://mp.weixin.qq.com/s/_B-ZtDPE25tucVYjWx6IYw?scene=1&click_id=62

[ 4 ] 2026 年全国两会关注未来产业量子手机走进生活，中国电信，https://www.chinatelecom.com.cn/ct/news/jtxw/165211.html?CT6T=4081a0&CT6TS=1cWpWGisp_1NgGVL11JPL3jeVF_TuQH-s0Q438mrDH51BWfHkLmpXmrRzG43qB7S

策划制作

策划 | 何雨濛

受访专家丨袁岚峰中国科学技术大学副研究员中国科学技术大学科技传播系副主任中国科协科普研究员

审核丨栾春阳中国移动通信研究院未来研究院研究员

责编丨何雨濛