图为汤晓在自家书房中

    在当今这个信息的时代，无论是以模拟信号为主进行传输的过去，还是以数字信号为主进行传输的现在，对于那些非公开信息都存在着相同的问题，那就是它们在通过普通通信网甚至专用网进行传输时都需要加密。
　　目前，人们采用的最普遍的加密手段，是信息发送方用数学运算方式产生密码，然后用密码对数字信息进行加密，并通过发达的通信网络（如互联网）将加密的信息传输给知道密码的接收方，接收方通过对加密的信息进行解码，便可获得准确的信息。没有密码，原则上第三方无法知道信息的内容。 
　　然而，在近日的采访中，物理学家汤晓告诉记者：“无论多么复杂的数学运算都有自己的规律，原则上，任何加密信息的密码都有可能通过强大的计算机被破译，从而截获到原本保密的信息。”但他同时表示，目前许多国家正在开发的数字信息量子加密法，将彻底改变现在的这种状况。他说，简单来讲，量子加密就是利用具有特殊量子性质的光子产生密码的技术，基本具有不可破译的特点。
　　汤晓就职于美国国家标准技术研究院（NIST）信息技术实验室。他在该研究院工作了8年，由于研究成绩突出，现已是该研究院顶级的资深物理学家。3年前，他曾因成功研究出光盘反射率精确定标技术而获得了该院的应用研究奖。去年，他和他的同事因在高速量子密钥技术研究中成绩显著而获得美国商业部的铜牌奖。近2年来，他负责的高速光纤量子密钥技术研究小组在该领域中不断获得新成果，深受全球同行的重视。最新的结果显示，他们在量子加密领域、特别是密码产生速度方面的研究，已达到世界领先水平。 
　　通过示意图（见右上图），汤晓介绍说，他领导的研究小组研制的是光纤量子密码分发（QKD）系统。该系统由“爱丽思”和“鲍勃”两部分组成，“爱丽思”主要包括一台计算机和一台偏振光光子随机发生器；“鲍勃”则为计算机加上数台单光子探测器。“爱丽思”和“鲍勃”之间通过两条光纤相连，它们分别是“量子通道”和“传统通道”。工作时，“爱丽思”的偏振光光子发生器在计算机的控制下，通过量子通道向与“鲍勃”的光子探测器发射脉冲偏振光光子，在经过复杂的判断以及两台计算机通过传统通道进行“心照不宣”的核查后，两台计算机间产生了相互认可的密码。在用此密码加密后，信息可以通过普通通信网（如互联网）在“爱丽思”和“鲍勃”间进行传递并还原。 
　　汤晓告诉记者：“除了一般量子密码分发系统具有保密性强的特点以外,NIST的系统密码产生速度极快。”在4月份完成的试验中，当光子以850纳米的波长通过1000米长的量子通道时，密码产生的速度超过每秒2兆比特（2Mbps）。在量子密码的保密性方面，他们采取了两种措施，一是利用光子的量子特性，设计出专门的软件系统，可以十分容易地判别出在量子通道上是否有人在截取信号。如果存在窃贼，计算机会自动停止产生密码并发出警报；二是由于密码产生速度快同时具有随机性，因此在实际应用中产生的密码其长度等于被编码的信息长度,而且一组密码在使用一次后就可弃而不再用。即使有人知道了一组密码，仍然无法知道随机产生的下一组密码。因此，量子密码分发系统十分安全可靠。
　　在应用方面，“目前NIST研制出的量子密码分发系统不仅可以用于普通格式的文件加密。”汤晓介绍说，“更重要的是，由于它能快速产生密码，因此能够对每秒30幅、每幅像素为320×240的视频信号进行实时加密，并通过普通高速网（如宽带互联网）进行传送，完全能够满足监视系统高度保密的动态图形信号的应用。” 
　　虽然其研究已达到世界领先水平，但汤晓认为，他们的量子密码分发系统还需要进一步完善，其中最主要的是要增加量子通道的距离。目前使用的光子波长在光纤中的传送距离只适合应用于局域网(LAN)。他希望用某种技术保持原来的密码产生速度而改变光子的波长，使量子通道的距离能够达到数十公里至上百公里，以满足宽域网(WAN)的需求，让系统具有更大的实用价值,并为研究量子网络作好准备。 
　　在多年的研究工作中，汤晓积累了丰富的经验。谈起自己不断取得成功的原因时，他表示，选准研究课题是成功的开端。汤晓强调，选择正确的研究方向和研究课题是一个很复杂的问题，但研究人员在选择研究课题时必须明确三点。首先，研究的课题是国家所需的；其二，研究课题与所在单位的方向一致并且本单位具有开展课题研究的条件；最后，研究人员本身有足够的经验与能力。
　　采访结束前，汤晓特地表示，他很高兴地看到近年来中国的青年科学家在量子信息科学领域做出了重要贡献。他还说，尽管自己已接近退休年龄，然而他同时对目前的研究有点欲罢不能，愿意为中国的科研尽自己的微薄之力。他说，合作方式可以像与世界各国的同行一样，与中国的同行建立联系，并进行学术交流，将自己的经验传授给中国年轻的研究人员，为他们的研究奠定良好的基础。 
　　最后，汤晓祝愿中国青年科技工作者勇攀高峰，使中国早日成为科技创新型国家。

    来源：科技日报