本文是一篇首發于“科普中國”網站的科普文章,文章簡明的描述了什么是量子,特轉載如下:
1900年,普朗克首次提出量子概念,用來解決困惑物理界的“紫外災難”問題。

普朗克
普朗克假定,光輻射與物質相互作用時其能量不是連續的,而是一份一份的,一份“能量”就是所謂量子。從此“量子論”就宣告誕生。
然而當時的物理界,包括普朗克本人,都討厭“量子”這個怪物,千方百計想要將它消化在經典物理的世界之中,但卻屢試不果。唯有愛因斯坦獨具慧眼,他認為光輻射不僅在于與物質相互作用時的能量是一份一份的,光輻射的能量,本身就是“量子化”的,一份能量就是光能量的最小單元,后來稱之為“光量子”,或簡稱“光子”。

德布羅意
法國年輕的博士生德布羅意在愛因斯坦“光子”概念的啟發下提出:既然看似波動的光輻射,具有“粒子”特性,那么像電子這類看似“粒子”的物質,也應具有波動性。這就是“德布羅意物質波”的概念,由此引發后繼大量理論與實驗研究,證實所有微觀粒子都同時具有波動性和粒子性二象性。這些奇異特性的微觀粒子構成“量子世界”,遵從量子力學的運動定律。
隨著科學技術的發展,人們認識到“量子世界”不僅限于微觀和單個粒子,某些宏觀尺度下的多粒子系統也遵從量子力學規律。例如玻色—愛因斯坦凝聚(BEC),當原子聚合的溫度足夠低時,所有處于不同狀態的原子,會突然聚集在同一個盡可能低的能量狀態上,其行為就像一個“放大”的玻色子,遵從量子力學規律。
我們按物理運動規律的不同,將遵從經典運動規律(牛頓力學,電磁場理論)的那些物質所構成的世界稱為“經典世界”,將遵從量子力學規律的那類物質所構成的世界稱為“量子世界”。“量子”就是量子世界中物質客體的總稱,它既可以是光子、電子、原子、原子核、基本粒子等微觀粒子,也可以是BEC、超導體、“薛定諤貓”等宏觀尺度下的量子系統,它們的共同特征就是必須遵從量子力學的規律。
舉一個例子說明“量子”與“經典”的本質區別,經典世界的特點是物體的物理量、狀態在某個時刻是完全確定的:晶體管要么導通,要么關閉,完全確定。即經典信息要么是0,要么是1,毫不含糊。但量子世界中,客體的物理量則是不確定的、概率性的,而且這種不確定性與實驗技術無關,是量子世界的本質特征,無法消除。這個特征體現在量子力學中重要的量子態疊加原理上。
量子態記作|ψ?,是科學家引進量子力學中用來描述量子系統的狀態,其運動規律是薛定諤方程。
量子態又稱波函數或幾率幅,它沒有任何經典對應。雖然人們并不喜歡量子世界的這種描述,因為它與我們所熟悉的經典世界截然不同,但一百多年來所有實驗都證實了量子力學的所有預言,人們不得不承認這種描述是正確的。

費曼
著名物理學家費曼說,“量子力學的奧妙之處就是引入幾率幅ψ”。
假定量子客體有兩個確定的可能狀態0或者1,通常寫成|0?、|1?,由于量子狀態(寫成|ψ?)是不確定的,它一般不會處于|0?或|1?的確定態上,只能處于這兩種確定態按某種權重疊加起來的狀態上,這就是量子世界獨有的量子態疊加原理,用數學表示為|ψ?=α|0?+β|1?。其中α,β為復數,且滿足|α|2+|β|2=1。
量子信息以|ψ?為信息單元,稱為量子比特。這從根本上區別于經典信息,后者以|0?或|1?為信息單元,俗稱比特。
正是量子態|ψ?的種種奇異特性導致量子信息技術的性能可以突破經典的物理極限,為人類開拓新一代的信息技術。
事實上,量子力學的所有奇異特性正是源于這個幾率幅。當然,近百年來對量子力學爭論不休也在于這個幾率幅(量子態)。
目前,網絡上就在流傳什么“量子肥料”、“量子水”等忽悠人的詞,將來還可能出現“量子炸彈”、“量子導彈”……這些忽悠大眾的名詞將本來應是光輝純潔的學術領域炒作得烏煙瘴氣,真假不分,魚目混珠。
其實,人們只要搞懂“量子比特”的本質,就可以戳穿“假量子”的騙局。簡單的判據就是看它是否應用到“量子比特”,即|0?和|1?的疊加態。
例如,激光測距實驗,從目標反射回來的光束,其強度隨距離不斷衰減,當探測器無法探測到光時,就是最長的測量距離。當然,如果采用單光子探測器,則測量距離必然增長。
這里測到的是單個光子,是否可以稱它為“量子測距”呢?
答案是否定的,因為它沒用到光子的量子態,這只是將激光測距提高到極限靈敏度而已,仍屬于經典范疇。密立根當年在實驗上測量單個電子的電荷,雖然采用單個電子,但這仍然屬經典物理實驗,因為在該實驗中,“單電子”只是作為電荷最小單元,而未涉及到任何量子特性。
出品:科普中國
制作:中國科技大學 郭光燦 中國科普博覽
監制:中國科學院計算機網絡信息中心
量子通信為什么會得到全世界的高度關注,在國際上發展情況又如何呢?中國科學技術大學上海研究院公眾號“墨子沙龍”記者于2018年特地采訪了中國科學院量子信息與量子科技創新研究院的科學家們,并將采訪內容整理形成了《量子通信的問與答》,分三期分享給讀者。
本期提問一覽
1、問:什么是量子通信呢?如何解讀2018年的沃爾夫物理學獎?
2、問:本內特和布拉薩德獲得的2018年沃爾夫物理學獎是國際物理界頒給量子信息領域的首個大獎嗎?
3、問:量子密鑰分發和量子通信的關系是什么?
4、問:怎樣理解量子密鑰分發的“無條件安全性”,它怎么保障信息安全?
5、問:有人說現在公鑰加密方式已經很安全了,不需要急著發展量子密碼,還有種說法是就算量子計算機出現了,RSA也還可以保證安全,是這樣嗎?
第一期 什么是量子通信
1、問:2018年有著諾貝爾獎風向標之稱的“沃爾夫物理學獎”頒給了在量子通信領域做出突出貢獻的兩位科學家本內特和布拉薩德,而且在獲獎者的介紹中還提到了我國的貢獻。那么什么是量子通信呢?能否向我們解讀一下2018年的沃爾夫獎?
答:今年有著諾貝爾獎風向標之稱的沃爾夫物理學獎可謂眾望所歸,頒給了在量子通信領域做出突出貢獻的兩位科學家本內特和布拉薩德,二人獲獎原因是“建立和發展了量子密碼學和量子隱形傳態”(“forfounding and advancing the fields of Quantum Cryptography and QuantumTeleportation”),這代表了國際上對量子通信的肯定[1]。

本內特(左)和布拉薩德(右)
量子通信是量子信息學的一個重要分支,它利用量子力學原理對量子態進行操控,在兩個地點之間進行信息交互,可以完成經典通信所不能完成的任務。
今年在介紹沃爾夫物理學獎獲得者的網頁上專門提到“… quantum key distribution systems have become commercially available, and have been extended to ranges of hundreds of kilometers through optical fibers, and thousands of km in satellite-based systems…”[2],意思是量子密鑰分發已經成功實現商業化,在光纖中已經能做到幾百公里,用衛星可以做到上千公里。需要指出的是,這兩個記錄都是我國科學家創造的,一個是光纖最遠安全距離做到404公里[3],另一個就是“墨子號”做到的星地1200公里[4],這是中國科學家的貢獻,也是中國量子通信領先世界的標志。
2、問:本內特和布拉薩德獲得的2018年沃爾夫物理學獎是國際物理界頒給量子信息領域的首個大獎嗎?
答:不是。以量子通信和量子計算為代表的量子信息學蓬勃發展,相關領域自21世紀以來已經囊括了多項國際物理學最高獎項,包括兩次諾貝爾獎和三次沃爾夫獎:
早在2005年,諾貝爾物理學獎授予了Roy J. Glauber,為了表彰他的相干態理論,以及它在安全量子通信、量子計算、和精密測量領域的應用。(“……and this can be applied in secure quantum communications, the topical field of quantum computing and the recording of ultra-weak signals in high-precision experiments……”)[5]。

2005年諾貝爾物理學獎得主Roy Glauber
2010年沃爾夫物理學獎授予了Alain Aspect, John Clauser和Anton Zeilinger,表彰他們在量子糾纏領域的成就,為量子通信和量子計算等量子信息技術建立了基礎( “The work of John Clauser, Alain Aspect and Anton Zeilinger in quantum entanglement represents the foundations for numerous modern quantum information technologies, such as quantum communication and encryption, quantum teleportation and quantum calculation.”)[6]。

2010年沃爾夫物理學獎獲得者:Alain Aspect(左)、John Clauser(中)和Anton Zeilinger(右)
2012年諾貝爾物理學獎授予了Serge Haroche和David Wineland,表彰他們的量子操控技術在量子計算和量子精密測量等量子信息科學上的應用(“……have advanced the field of quantum computing, as well as led to a new generation of high-precision optical clocks……”)[7]。

2012年諾貝爾物理學獎獲得者:Serge Haroche(左)和David Wineland (右)
2013年沃爾夫物理學獎授予了Peter Zoller和Ignacio Cirac,表彰他們在量子信息、量子光學和量子氣體領域的開創性理論貢獻(“For groundbreaking theoretical contributions to quantum information processing, quantum optics and the physics of quantum gases”)[8]。

2018年沃爾夫物理學獎授予了Charles H. Bennett和Gilles Brassard,表彰他們建立和發展了量子密碼學以及量子隱形傳態(“for founding and advancing the fields of Quantum Cryptography and Quantum Teleportation”)[9]。
可以看出,量子通信和量子計算的重要科學意義已經得到了國際學術界的廣泛認可。
3、問:2018年獲得沃爾夫物理獎的二人最重要的成果之一是提出了量子密鑰分發的BB84協議,那么量子密鑰分發和量子通信的關系是什么呢?
答:量子通信有兩個基本的研究方向,一個是量子密鑰分發(即量子密碼),另一個是量子隱形傳態[10]。值得一提的是,本內特(Charles H. Bennett)和布拉薩德(Gilles Brassard)不僅是已經實用化的量子密鑰分發方案(即BB84協議)的提出者,同時也是量子隱形傳態的最早提出者。
量子密鑰分發可以讓空間分開的用戶共享無法破解的密鑰,因此量子密鑰分發始終是量子通信的一個重要方向,這個早已在國際上達成共識。2013年沃爾夫物理學獎得主彼得·左勒,在1998年發表于《科學》雜志上的文章中指出,量子密鑰分發是量子通信的應用[11]。今年沃爾夫物理學獎得主布拉薩德,在自己的回顧文章中,也把執行量子密鑰分發的衛星直接稱為量子通信衛星[12]。2010年沃爾夫物理學獎獲得者安東·蔡林格教授在他的一篇重要論文中就將量子密鑰分發定義為量子通信[13]。美國物理學會使用的學科分類系統PhySH就將量子密鑰分發(量子密碼)作為量子通信條目下面的一個子條目[14]。歐盟最新發布的量子技術旗艦計劃《量子宣言》,更是將以量子密鑰分發為核心的量子保密通信作為了量子通信領域未來的主要發展方向[15]。

量子宣言
4、問:怎樣理解量子密鑰分發的“無條件安全性”呢,它怎么保障信息安全?
答:先說一下什么是信息安全。信息安全有四種重要特性:機密性、真實性、完整性、不可否認性。通信過程中的信息安全也不外乎這四性。舉個例子來說,你和朋友打電話。機密性是說,如果你們談了一些秘密的事情,那么你肯定不希望第三個人知道,那么就要保證別人不能再搭根線偷聽電話的內容,或者就算他偷聽了也聽不懂。真實性是說,我們得保證電話對面那個人真的是你的朋友,也就是對方的身份真實可靠。完整性是說,保證我們說的話原原本本送達對方,沒有被人篡改,不會無中生有也不會顛倒是非。不可否認性就是,要保證對方說過的話他沒法否認他說過,沒法賴掉。
保障信息安全廣泛使用的手段是現代密碼,通常可以分成三個部分:算法、協議、密鑰。現代密碼技術的理念是,一切秘密包含于密鑰之中,這就是說,密碼里面除了密鑰以外,算法和協議都應該是可以公開的。因此,保障密鑰分發的安全就是用密碼技術保障通信安全的關鍵。
量子密鑰分發可以實現無條件安全的密鑰分發,這個無條件安全的意思是指,就算竊聽者有全宇宙最強的計算機,哪怕是量子計算機,也不能破解量子密鑰分發,竊取密鑰。這樣,使用量子密鑰分發技術可以幫助實現通信安全中機密性、真實性和完整性的無條件安全,也就是保證通信加密無法破譯,保證對方身份真實可靠,保證信息無法被篡改。
當然,信息安全不僅要保證通信的安全,也要保證終端的安全。如果終端泄露了信息,那么通信過程再安全也不起作用。保證終端的安全同時也需要其他技術手段。如果終端安全也可以做得很好,加上量子密鑰分發之后,就能夠非常全面、非常可靠地保證信息安全。
5、問:有媒體說現在廣泛使用的公鑰加密方式,例如RSA,已經很安全了,能破解它的量子計算機還要10-15年呢,因此不需要急著發展量子密碼,還有種說法說是就算量子計算機出現了,RSA也還可以保證安全,是這樣嗎?

量子計算示意圖
答:實際上,經典計算機的高速發展、還有密碼分析技術的提高對于RSA沖擊也很大。2009年768位密鑰的RSA-768就被破解了。2011年,美國國家安全局NSA建議停用RSA-1024,改用RSA-2048。NIST還要求對于在最高機密的保護要使用RSA-3072。增加密鑰長度可以暫時緩解經典計算和密碼分析能力提升帶來的破解壓力,但是密鑰越長,RSA算法的效率就越差,加密解密、分發密鑰的速度就越低,而面對Shor算法量子計算攻擊,增加RSA算法的密鑰長度也解決不了問題。
目前,量子計算機的確還處于比較初級階段,但是它的研制在快速發展中,Google、IBM和中科院量子信息與量子科技創新研究院處于第一陣營,Google略微領先,有望在兩年內實現所謂“量子霸權”。而至于破解RSA的量子計算機,10-15年是過于樂觀的估計,我們認為至少20年左右,量子計算機才有望破解RSA。而現在加密保護的信息可以被存儲下來,等待未來破解,對于需要長期安全的信息而言,比如說個人的指紋、虹膜、甚至基因數據等生物信息,量子計算的威脅并不那么與己無關、遙不可及。然而,建設一個保密體系也需要很長時間,因此,目前國際上開始普遍很重視量子計算的威脅了:NSA提出要更換抗量子計算的密碼體系,國際標準化組織ISO、ITU、ETSI已經開始了量子密鑰分發和后量子計算密碼(PQC)的標準化。不同于量子密鑰分發,PQC是沿著公鑰體系的思路,尋找新的數學難題構造新的密碼算法去抵御Shor算法等已知的量子計算攻擊。PQC被認為相比量子密鑰分發更容易部署,但是否能抵御任何量子計算攻擊還是未知數;而量子密鑰分發是明確能抵御任何量子計算攻擊的,被公認為具有長期安全性。因而國際上普遍認為,同步發展PQC和量子密鑰分發能有效抵抗量子計算,是未來密碼技術發展的方向。
說RSA等算法對于量子計算安全是概念上的混淆。現有RSA是不能抵御量子計算的。只是有人提出,如果對RSA進行改造,可以有一些抵抗Shor算法量子計算攻擊的能力。這種改造的RSA可以認為屬于PQC范疇。但是這種改造的RSA需要非常長的密鑰,幾十G比特乃至T比特的密鑰,才有抗Shor算法量子計算的效果,相比其他PQC算法實際上是不可行的。目前國際上正在標準化的PQC,都不考慮這種改造的RSA。

谷歌Bristlecone量子處理器
參考資料
[1] http://www.wolffund.org.il/index.php?dir=site&page=news&id=3064.
[2] http://www.wolffund.org.il/index.php?dir=site&page=winners&cs=953&language=eng
[3] H. -L. Yin et al., Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution Over a 404 km Optical Fiber, Physical Review Letters 117, 190501 (2016).
[4] S. -K. Liao et al., Satellite-to-ground quantum key distribution, Nature 549, 43 (2017).
[5] https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2005-1.pdf.
[6]https://www.iqoqi-vienna.at/en/news-detail/article/anton-zeilinger-receives-wolf-prize-in-physics-2010/ http://www.wolffund.org.il/index.php?dir=site&page=winners&name=&prize=3016&year=2010&field=3008.
[7] https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/advanced-physicsprize2012_02.pdf.
[8] http://www.wolffund.org.il/index.php?dir=site&page=winners&name=&prize=3016&year=2013&field=3008.
[9] http://www.wolffund.org.il/index.php?dir=site&page=news&id=3064.
[10]蘇曉琴,郭光燦,“兩種典型的量子通信技術”,《廣西大學學報(自然科學版)》, 30(1):30(2005).
[11] S. J. van Enk, J. I. Cirac, P. Zoller, Photonic Channels for Quantum Communication, Science, 279, 205 (1998).
[12] G. Brassard, Brief History of Quantum Cryptography: A Personal Perspective, https://arxiv.org/abs/quant-ph/0604072v1.
[13] R. Ursin, et al, Entanglement-based quantum communication over 144km, Nature Physics 3, 481-486 (2007).
[14] https://physh.aps.org/concepts/8ec9d84c4a4c499f81f9e6e703c50033.
[15] http://qurope.eu/manifesto.
量子通信為什么會得到全世界的高度關注,在國際上發展情況又如何呢?中國科學技術大學上海研究院公眾號“墨子沙龍”記者于2018年特地采訪了中國科學院量子信息與量子科技創新研究院的科學家們,并將采訪內容整理形成了《量子通信的問與答》,分三期分享給讀者。
本期提問一覽
1、問:“墨子號”量子衛星的意義?
2、問:“墨子號”只是用來做衛星和地面之間的量子密鑰分發實驗的嗎?
3、問:世界上其它國家也準備發射自己的量子衛星嗎?
4、問:說完了“墨子號”,我們再來聊一下“京滬干線”,它的意義是什么?
5、問:可信中繼技術是什么,安不安全呢?
6、問:用了可信中繼技術,和傳統的密鑰分發方案比,還有好處嗎?
7、問:“京滬干線”這種量子保密通信網絡也需要路由器、交換機這些設備嗎?
第二期 量子通信在中國的實踐與應用
1、問:我國的“墨子號”量子衛星引起了國內外廣泛的關注,能否講一下它的意義?
答:墨子號的全稱是“量子科學實驗衛星”,顧名思義,以科學實驗為主要任務。在地面,我國量子通信的光纖城域網已經趨于成熟,創造了量子密鑰分發安全距離達到404公里的世界記錄。為了將量子通信在更遠的距離上應用,有三種方式可以選擇,一種是利用量子中繼,一種是利用可信中繼,另一種就是利用自由空間信道,即量子衛星。我國科學家已經在量子中繼的核心——量子存儲器上獲得了世界上綜合性能最好的結果,但是量子中繼離實用化還有一段距離,它的難度堪比量子計算機。可信中繼技術比較實用化,基于此已經建成了京滬干線。最后一個選擇,利用量子衛星來建立量子通信網絡,可以在全球范圍內覆蓋各類海島、遠洋船舶、駐外機構等光纖難以或者無法到達的地方,保障我國在全球范圍的信息傳輸安全。
我國于2016年8月發射的“墨子號”量子科學實驗衛星,在2017年星地量子密鑰分發的成碼率已達到10kbps量級,成功驗證了星地量子密鑰分發的可行性。目前經過系統優化,密鑰分發成碼率已能夠達到100kbps量級,具備了初步的實用價值。因此很多部門希望能夠將星地密鑰分發應用于其現有的加密體系中,進一步提升信息傳輸的安全性。同時,我國科學家也在針對“墨子號”存在的問題,深入的進行關鍵技術攻關,有望在未來突破地影區的限制,實現全天時量子密鑰分發,進一步提升量子密鑰分發的速率、降低設備成本、提高設備可靠性,為未來量子密鑰分發大規模應用奠定技術基礎。

“墨子號”實現千公里級星地雙向量子糾纏分發
2、問:那么“墨子號”只是用來做衛星和地面之間的量子密鑰分發實驗的嗎?
答:不是的,“墨子號”還有非常重要的基礎科學目標,那就是開展量子物理基本問題檢驗:通過千公里量級的量子糾纏分發,能夠首次在空間尺度檢驗量子力學的非定域性,并利用量子糾纏在地面和衛星之間實現量子隱形傳態。2017年“墨子號”已經圓滿完成了這兩個目標。這兩項科學成果使得人類首次具有在空間尺度開展量子科學實驗的能力,為未來在外太空開展廣義相對論、量子引力等物理學基本原理的檢驗做好了必要的技術準備,成為我國在基礎物理學領域對世界的一項重要貢獻。
同時還有望進一步推動空間科學的發展,如美國物理學家Paul Kwiat在“墨子號”發射之前所展望的,利用空間量子隱形傳態、遠距離時頻傳遞等技術有望將分布在全球各個地方的望遠鏡整合在一起進行聯合測量,從而構成一個有效口徑約地球大小的超級望遠鏡,“這樣的望遠鏡其理論分辨率將能夠看清木星衛星上的車牌”(……“You could not just see planets,” says Kwiat, “but in principle read licence plates on Jupiter’s moons.”)[16]。
3、問:世界上其它國家也準備發射自己的量子衛星嗎?
答:是的,還有不少國家和地區準備發射量子衛星,特別是我國“墨子號”量子衛星相關工作的成功開展,使得一些發達國家相繼開始實施空間量子通信計劃。比如,2017年11月,歐洲空間局(ESA)向歐盟委員會提交了《空間量子技術》戰略報告[17],指出歐洲應在五年內發射商用低軌量子通信衛星,研發高軌衛星、低成本立方星和地面站。

歐空局全球衛星量子通信鏈路示意圖
今年(易科騰小編注:指的是2018年)5月,歐空局與全球領先的衛星通信公司SES簽署了開發量子加密通信系統(Quantum Cryptography Telecommunication System, QUARTZ)的協議[18],目標是定義、設計并開發基于衛星的量子密鑰分發系統和服務架構,為電信運營商、金融機構、基礎設施提供商和政府機構等單位提供高等級安全通信服務。為了完成QUARTZ的任務,SES牽頭成立了衛星網絡安全聯盟[19],成員包括瑞士IDQ公司、奧地利AIT公司、德國航空航天中心(DLR)、Itrust咨詢公司、慕尼黑大學、盧森堡數字身份公司LuxTrust、馬普學會光科學研究所、捷克帕拉茨基大學、德國衛星通信系統和設備制造商Tesat-Spacecom公司等。

歐空局與ESA簽署合作協議
除了歐盟外,一些國家也在做相關的工作,比如意大利2016年啟動了Q-SecGroundSpace項目[20];德國去年提出了測量36000公里高空衛星發射量子態的方案[21];日本也在去年驗證了用于星地量子密鑰分發的高性能激光設備的可行性[22];英國和新加坡正在聯合建立基于立方衛星的量子加密衛星鏈路,并計劃于2021年底投入運行[23]。我國科學家在美國參加量子電子學物理會議時了解到美國國家航空航天局發布了空間量子實驗白皮書,美國噴氣推進實驗室及加拿大航天局都在規劃研制新一代量子通信衛星。

意大利Q-SecGroundSpace項目示意圖
總體來看,目前我國在衛星量子通信方向領先這些發達國家五年左右時間,但如果不繼續發展,面對國際上的激烈技術競爭甚至是非技術手段壓制的局面,我國的領先優勢可能被一步步蠶食。
4、問:說完了墨子號,我們再來聊一下“京滬干線”,它的意義是什么?
答:由于信號的損耗,量子密鑰分發在地面上走光纖直接傳輸有一個距離的上限。為了建設廣域量子通信網絡,拓展量子通信應用范圍,目前有兩種可行的關鍵技術,一種是可信中繼,另一種是前面提到的量子衛星。墨子號量子科學實驗衛星和京滬干線,主要就是為了完成這兩種關鍵技術的驗證。目前,它們都已經順利完成了各自的技術驗證任務,京滬干線的用戶數量和應用領域也在不斷擴大。

量子保密通信京滬干線
5、問:可信中繼技術是什么,安不安全呢?
答:目前的商用產品通過光纖可以實現距離一百多公里的量子密鑰分發。要實現距離更遠的密鑰分發,就需要增加中繼節點。相鄰的中繼節點間進行量子密鑰分發,用戶密鑰可以通過各對相鄰中繼節點間的量子密鑰加密傳輸。在中繼節點“可信”時,也就是說中繼節點的量子密鑰保證安全保密時,通過“一次一密”的加密傳輸方法,就可以保證用戶密鑰傳輸的安全。這樣的技術叫可信中繼技術。
在實際建設中,保障可信中繼安全的方案是根據需求來制定的。對于高級別的應用,可以采用與現有體制相同的方式,把可信中繼節點設在專人值守的機房里,結合人員管理和技術手段來保障“可信”。對于商用通信應用,還可以采用很多技術保障無人值守中繼節點的安全可信,使得工程實現上的可信中繼技術相比原始的可信中繼概念有了長足的發展,比如說:中繼節點的密鑰“落地即密”技術、密鑰分拆中繼技術,中繼密鑰迭代變換技術等,一方面保障無人值守下的中繼節點足夠可信,一方面消除中繼節點密鑰泄露造成的密鑰泄露風險。總的來說,對于各級別的應用,可信中繼的安全保障都可以做到有效、可靠。
目前,國內和國際上的標準化專業組織都結合已有的工程實踐啟動了可信中繼標準包括安全性標準的研究和制定工作,這將為應用可信中繼技術的安全保障奠定基礎。
6、問:用了可信中繼技術,那和傳統的密鑰分發方案比,還有好處嗎?
答:當然有。傳統的密鑰分發方案一種是專人遞送;一種就是利用像RSA這樣的公鑰密碼遠程通信協商。
專人遞送的缺點是安全管理比較困難和麻煩,比如說:密鑰從北京送到上海,可能坐飛機或者坐火車,可能還需要換乘交通工具,一千多公里的路途上、各個環節都必須保證安全,這顯然不是很容易。如果有大量用戶互相需要通信,原則上任意兩個用戶間的密鑰都應該不一樣,這時專人遞送就很麻煩。比如說數百個用戶間需要通信,如果不通過一個中心節點分發密鑰,就需要送幾萬到幾十萬個密鑰,即使通過中心節點分發密鑰也需要送數百個密鑰。如果密鑰全靠一個人送,那么一次泄密的損失就太大;如果需要許多人跑許多次,那么不僅遞送麻煩,而且部分密鑰泄密的風險概率又會增加。
雖然專人遞送很麻煩,如果密鑰安全送達,通信的安全性還是可以得到保障。利用RSA這樣的公鑰密碼遠程協商密鑰,比起人工遞送減少了許多安全管理的麻煩。但是,公鑰密碼算法的安全性基于一些數學假定,理論上說是有可能被破解的。比如說,RSA的安全性是基于這樣一個假定:大數分解比求乘積要困難的多。隨著技術發展,這樣的假定不一定正確。比如說量子計算機可以快速分解大數,從而破解RSA。一旦量子計算機實用化,現在使用的RSA算法就不再安全了。另一方面,密碼的實現中也有可能有漏洞或者后門,比如近兩年爆出NSA在RSA的兩個加密產品中植入了后門,可以用來破解用戶的密鑰。因此,持謹慎觀點得人也可能不信任公鑰密碼。實際上,由于對于安全保障的需求和技術手段的信任度不同,目前,專人遞送和公鑰密碼這兩種方案在不同場景下各有應用。
量子密鑰分發加可信中繼的方案和專人遞送相比,好處至少有兩個,一是分發及時性好得多。比如京滬干線正常運行之后,上海到北京分發一個密鑰瞬間就可以完成。專人遞送即使乘坐飛機也需要幾個小時。二是安全保障對于人的依賴相對減少。在需要有人值守的情況下,因為看守中繼的人不需要接觸密鑰載體,秘密并不掌握在人的手里;通過中繼節點的物理防護措施可以相對更牢靠地避免人接觸密鑰,密鑰不需要脫離安全環境。
而采用類似RSA這樣的公鑰密碼技術遠程協商密鑰,其安全性則不是十分牢靠。竊聽者原則上可以通過通信線路上的任意一點接入實施竊聽,把分發密鑰時的通信數據全部存下來分析處理。等到量子計算機實用化之后,你現在的所有基于RSA這樣的公鑰密碼都會被破解,所有用這些密鑰加密的數據都會被破譯出來。所以,無論是機構還是個人,凡是需要長期保密的數據,現在用公鑰密碼技術就有安全風險。
相比之下,量子密鑰分發具有不依賴于計算能力的安全性,在保證中繼點可信之后,那么即使未來量子計算,甚至其他厲害的破譯技術發展起來,量子密鑰分發加可信中繼仍然是安全的。
7、問:“京滬干線”這種量子保密通信網絡也需要路由器、交換機這些設備嗎?
答:首先,即使經典通信組網,也不一定非要路由器和交換機。這兩種設備是IP網絡和數據鏈路層組網的設備。在光通信層面還有自己的組網調度技術和設備,比如ROADM可重構光分叉復用器。還有以前的SDH設備,實際上也是具有組網功能的。只是這些技術組網的靈活性不如路由器、交換機,但是用于建設骨干線路和網絡是夠用的。
量子網絡的組網問題,要分好幾個方面來說:
第一,量子通信網絡,不管是量子密鑰分發網絡,還是將來的連接量子計算機、量子傳感器的量子通信網絡,基本上都還需要經典信息通信的輔助。所以量子通信網絡里需要使用傳統的路由器、交換機還有光傳送網設備等來組建一個用于傳輸輔助信息的經典通信網絡。
第二,京滬干線這樣的量子保密通信網絡,經典網絡的組網功能主要不是對量子信號做交換和路由,而是實現任意兩個用戶間密鑰協商的功能。用戶之間進行密鑰協商的信令、數據等都需要通過經典通信網絡傳輸,因此還必須使用經典網絡的組網技術和設備,當然這些協商信息都是可以公開而不會影響量子密鑰的安全性的。
第三,量子信號層面上的組網,不能用路由器、交換機實現。目前可行的技術是利用光路交換來做一些組網的功能。這樣的設備可以用現有的光交換設備來改造,但有一些缺點,比如體積大、切換速度慢等。也有人在研究適合量子通信的光路交換芯片。
第四,有些人提出過量子路由器的概念,大概是指控制信號也是量子的,可以實現路由的量子疊加。這種技術還處于純粹的科學研究階段,暫時不用考慮。
參考資料
[16] https://www.nature.com/news/chinese-satellite-is-one-giant-step-for-the-quantum-internet-1.20329
[17] http://www.qtspace.eu/?q=strategicrep.
[18] https://www.ses.com/press-release/esa-and-ses-led-consortium-develop-satellite-based-cybersecurity.
[19] https://www.ses.com/press-release/ses-announces-10-project-partners-quartz-satellite-cybersecurity-consortium.
[20] http://bandi.urp.cnr.it/doc-assegni/documentazione/7241_DOC_IT.pdf.
[21]Elser D, Günthner K, Khan I, et al. Quantum measurements of signals from the Alphasat TDP1 laser communication terminal[C]//International Conference on Space Optics—ICSO 2016. International Society for Optics and Photonics, 2017, 10562: 105623O.
[22] https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/socrates.
[23] UK-Singapore team to build quantum satellite link, http://optics.org/news/9/10/1
量子通信為什么會得到全世界的高度關注,在國際上發展情況又如何呢?中國科學技術大學上海研究院公眾號“墨子沙龍”記者于2018年特地采訪了中國科學院量子信息與量子科技創新研究院的科學家們,并將采訪內容整理形成了《量子通信的問與答》,分三期分享給讀者。
本期提問一覽
1、問:我國已經建成了連接京滬兩地的量子通信干線工程,其他國家建設的情況怎么樣呢?
2、問:現在是哪些用戶在使用量子通信網絡服務呢?
3、有專家說,英國某官方機構認為QKD絕對不安全、不建議使用,是真的嗎?
4、問:美國作為世界頭號科技創新強國,在量子通信方面進展怎樣?
5、問:歐盟2016年發布了量子宣言,也啟動了相關的量子計劃,能簡單介紹一下計劃的進展嗎?
6、問:請談談我國在量子通信工程建設方面積累的經驗,和對下一步工作的建議?
7、問:對于量子通信的工程化和實用化發展,我們應該秉持什么樣的觀點呢?
第三期 世界主要國家加快量子通信領域的部署
1、問:我國已經建成了連接京滬兩地的量子通信干線工程,其他國家建設的情況怎么樣呢?
答:從公開渠道了解的信息看,主要的發達國家都已經或正在加緊實施遠距離量子通信干線工程。特別是2013年我國啟動量子保密通信京滬干線工程建設以來,意大利、英國、韓國、俄羅斯等發達國家迅速啟動了相關工程,一些干線網絡也已經初步建成了。
比如,意大利啟動了總長約1700公里的連接弗雷瑞斯(Frejus)和馬泰拉(Matera)的量子通信骨干網建設計劃,截至2017年已建成連接弗雷瑞斯(Frejus)-都靈(Turin)-弗洛倫薩(Florence)的量子通信骨干線路[24]。英國正在建設英國國家量子通信測試網絡[25],目前已經建成連接Bristol、Cambridge、Southampton和UCL的干線網絡,并于2018年6月擴展到英國國家物理實驗室(NPL)和英國電信公司(BT)Adastral Park研發中心[26],該網絡由英國2015年啟動的國家量子技術專項予以支持[27],由約克大學牽頭建設[28]。

英國國家量子通信測試網絡
韓國計劃到2020年,分3階段建設國家量子保密通信測試網絡[29]。目前第一階段環首爾地區的量子保密通信網絡已于2016年3月完成,該階段網絡自2015年7月啟動,由韓國科學、信息通訊和未來規劃部資助,韓國最大的移動通信運營商SK電信牽頭,聯合企業、學校、研究機構等多家單位共同完成,網絡總長約256公里[30]。

韓國量子保密通信網絡建設規劃
另外,2016年8月,俄羅斯已經在其韃靼斯坦共和國境內正式啟動了首條多節點量子互聯網絡試點項目,該量子網絡目前連接了四個節點,每個節點之間的距離為30-40公里[31]。而且去年(易科騰小編注:此處指2017年)9月,俄羅斯國家開發銀行在訪問中國科大上海研究院時表示,計劃投資約計50億人民幣專項資金用于支持俄羅斯量子中心開展量子通信研究,并計劃借鑒京滬干線經驗,在俄羅斯建設量子保密通信網絡基礎設施,先期將建設莫斯科到圣彼得堡的線路。
2、這么說來,量子通信網絡建設已經漸成氣候了,您能介紹下現在是哪些用戶在使用嗎?
答:這個問題問得非常好。先說說我們國家京滬干線的應用情況,目前除了按計劃接入的金融用戶外,電力系統、大數據互聯網企業也正在接入,特別是央行已經在制定金融領域接入使用的相關標準了。其他國家相關網絡也有一批重量級用戶,如意大利量子通信骨干網用戶囊括了意大利國家計量研究院、歐洲非線性光譜實驗室、意大利航天局等多家研究機構和公司;俄羅斯量子中心為俄羅斯儲蓄銀行總部和一家支行間建成了專用于傳遞真實金融數據的俄羅斯首條實用量子通信線路。
再比如,前面說到的韓國第一階段環首爾地區的量子保密通信網絡,目前的用戶主要是公共行政事務、警察和郵政等領域的,正在向國防和金融領域拓展。這里還有個情況值得重視,那就是今年(易科騰小編注:此處指2018年)2月26日,韓國SK電信宣布以約6500萬美元的價格收購IDQ公司50%以上的股份,成為其最大股東[32],據說這次收購的主要目的是開發應用于電信和物聯網市場的有關量子技術產品。

SK電信投資IDQ
3、問:據了解,英國國家網絡安全中心(NCSC)曾經發布了一份白皮書,建議QKD在經過嚴格安全性測試并提高性價比之前,不提倡大規模應用,對于這種觀點我們如何理解呢?
答:這個白皮書是2016年發布的,我們知道,兩年多前的事情了。QKD作為新興技術,聽到不同的聲音很正常。其實,就在NCSC那份白皮書發布后一個多月,英國政府科學辦公室發布了另外一份報告《量子時代:技術機會》[33],將量子通信列為英國量子技術的五大應用領域之一,指出量子通信能夠保證高敏感信息傳送的安全,特別是英國工業和政府網絡的安全,因此需要充分探索和使用QKD技術;還明確建議NCSC應該支持QKD在現實環境中使用真實數據開展試點試驗。在美國,美國空軍科學顧問委員會(SAB)2016年也發布了和NCSC類似結論的調研報告;然而大約1年后,美國的美中經濟和安全審查委員會發布的研究報告在參考了SAB報告的結論之后仍然認為,如果得到足夠的部署,QKD會提升信息安全保護能力[34]。

ETSI最新白皮書
NCSC在2016年的那份白皮書關于要充分進行安全性論證、制定標準以及提高性價比等觀點我們是贊成的。其實,我們在中國的實踐就是這么做的,我們開展安全測評和標準化等工作遠早于英國同行。近年來,全世界嚴肅從事量子通信的同行也都開始這么做了。

《量子時代:技術機會》
我們可以看到,這兩年來量子通信領域的發展得到了加強和重視,英國和歐洲的一系列計劃穩步推進。國際上QKD技術領域持續取得進展,在實際安全性、效費比等各個方面大大提高了QKD技術的實用水平。2017年,國際標準化組織ISO首先開展了QKD測評的標準化。今年,國際電聯ITU也跟進了QKD標準化工作。如果進展順利,那么商用QKD的國際標準兩三年就可以建立。2018年6月,歐洲電信標準化協會(ETSI)牽頭,聯合來自英國、美國、日本及歐洲各國的量子通信領域的知名專家,共同發布了最新的白皮書《量子密碼的實施安全-介紹、挑戰和解決方案》[35],對影響QKD系統安全的各個方面進行了系統分析,并給出了避免相應攻擊的對策;同時,ETSI對NCSC2016年的白皮書也做了回應。目前,我國的QKD設備、器件等的安全評測和行業標準化工作正在國家密碼行業標準化技術委員會、全國通信標準化技術委員會及全國信息安全標準化技術委員會等機構的組織下有序展開,相關成果正在陸續發布中。另一方面,QKD新方案的提出也在減少QKD實際系統的安全漏洞,拓展QKD的應用范圍。例如,測量設備無關QKD協議的提出已經從根本上解決了和探測系統相關的所有安全性疑慮[36],并且增強了基于不可信中繼實現安全QKD網絡的覆蓋能力[37]。在性價比方面,前面提到QKD關鍵器件的芯片化國內外已經取得了很多成果,為集成化、小型化、低成本化開創了局面。
所有的新技術發展都是在不斷優化提升中走向成熟和應用的。客觀地指出QKD技術在當前需要解決的問題,都可以為推動QKD技術的發展提供有益的幫助。
4、問:聽您說了那么多,一直都沒有提到美國,它作為世界頭號科技創新強國,在量子通信方面進展怎樣?
答:美國實際上也是非常重視量子通信的,特別是9月份,新美國安全中心(由前五角大樓官員組成的華盛頓特區智庫)發布報告《量子霸權?——中國的野心及其對美國創新領導地位的挑戰》,指出“美國必須利用自身在創新方面的已有優勢,加強投入,降低在量子科學領域遭遇技術突襲的風險”,并且報告的作者接受CNN采訪時表示,美國在近代史上首次面臨被另一個國家所擁有技術超越的危險[38]。雖然我們國家量子通信走在他們前面,但在量子計算、量子精密測量等領域,實際上美國的實力非常強。

新美國安全中心報告
目前,美國正在加速推進國家量子計劃法案(National Quantum Initiative Act)的立法進程。2017年,美國國會科學空間和技術委員會主辦了一場關于美國國會科學空間和技術的聽證會,會上國家光子學會呼吁發起“國家量子計劃”(National Quantum Initiative,NQI),主要目標之一就是解決科研界與產業工程界之間的不協調,這一計劃得到了NIST、NSF、DOE等國家相關部門的高層支持[39]。今年6月份,美國眾議院科學、太空和技術委員會主席在美國國會眾議院正式提出國家量子計劃法案(National Quantum Initiative Act),目前已在9月13日以口頭表決方式獲得通過。此前,該法案在7月份得到了哈佛大學、耶魯大學、斯坦福大學等學術界機構和IBM、Google、Intel等產業界單位的積極響應和支持。

美國家科學技術委員會量子信息科學小組第一次會議
國家量子計劃法案提出實施10年“國家量子行動計劃”,主要聚焦量子通信、量子計算機和超精密量子傳感器三大領域,計劃成立國家量子協調辦公室、量子信息科學小組委員會和國家量子計劃咨詢委員會等相關的工作組,并授權美國能源部(DOE)、美國國家標準與技術研究院(NIST)和美國國家科學基金會(NSF)進行量子研究,計劃2019-2023年投入12.75億美元(約合人民幣84.45億元),以加速美國的量子科學發展[40]。
在量子網絡建設方面,2016 年7 月,由美國總統主持的國家科學技術委員會發布的戰略報告透露:美國國防部陸軍研究實驗室(ARL)啟動了為期5年的多站點、多節點的量子網絡建設工作[41]。在民用方面,美國也成立了一家專門從事量子通信網絡建設的公司Quantum Xchange[42],計劃利用成熟的量子密鑰分發(QKD)方法和專有的可信節點技術,在美國開展量子通信網絡建設,并為政府機構和企業提供量子安全加密解決方案。
目前,該公司已與美國光纖網絡巨頭Zayo合作,建設沿東海岸的連接華盛頓特區和波士頓的總長約800公里的美國首個州際、商用量子密鑰分發網絡,并計劃在年底前提供商業服務[43],目標是將華爾街的金融市場和新澤西州的后臺業務連接起來,幫助銀行實現高價值交易和關鍵任務數據的安全[44],并計劃將服務范圍拓展至健康醫療和關鍵基礎設施領域。

美國首個州際、商用量子密鑰分發(QKD)網絡
5、問:我們聽說歐盟2016年發布了量子宣言,也啟動了相關的量子計劃,您能簡單介紹一下計劃的進展嗎?
答:歐洲是量子研發和工程的重地,前面也提到一些具體國家量子通信工程建設的情況,這里再補充一些歐盟的總體進展情況。2016年5月歐盟委員會正式發布了量子宣言,主要是啟動了總投資10億歐元的量子技術旗艦計劃,主要目標之一是計劃10年左右建成量子互聯網[45],并且根據量子技術旗艦計劃的終期報告[46],建設的推進計劃也十分明確,具體是3年左右建設低成本量子城域網并建立量子通信設備和系統的認證及標準,6年左右利用可信中繼、高空平臺或衛星實現城際量子保密通信網絡建設,10年左右建成量子互聯網。
2018年5月7日,量子技術旗艦計劃項下的“量子協調和支持行動工作組(QSA)”向歐盟委員會提交了工作報告《Supporting Quantum Technologies beyond H2020》[47]。報告指出:在量子通信基礎設施方面,要建立基于光纖的城市量子密鑰分發網絡、城域骨干網絡,以及用于偏遠地區的衛星或高空平臺(HAP),目標是為全球量子網絡奠定基礎。按照計劃,5年內將發射一顆低地球軌道(LEO)衛星,與地面站連接建立量子安全網絡。預計未來10年,地面量子通信總投入在3.5億歐元左右,天基量子通信總投入約為11億歐元。
6、問:從國內外進展情況來看,我國在量子通信工程方面處于世界前列,請談談我國在量子通信工程建設方面積累的經驗,和對下一步工作的建議?
答:應該說,京滬干線的建設帶動了整個產業鏈的發展,特別是在核心元器件國產化和相關標準制定方面。
目前,單光子探測核心芯片已經國產化,這里要特別提一下的是美國實際上對中國發展量子密鑰分發技術一直是提防的,在2017年8月15日更新的針對信息安全類商品的出口管制清單中,明確將“專門設計(或改造)以用于實現或使用量子密碼(也稱量子密鑰分發QKD)”的商品列入,正式限制向中國政府類用戶出口量子密鑰分發相關商品或軟件[48];在2017年12月27日更新的針對“許可證例外”的說明中[49],量子密碼類商品或軟件只對中國非政府類用戶可以適用“許可證例外”,即如果向中國政府類用戶出口量子密碼類商品或軟件,必須取得美國官方的許可證),在這種背景下,國產化工作就顯得特別有意義。
近年來,量子信息技術,特別是當前率先實用化的量子保密通信技術(或稱QKD)正在蓬勃發展,從技術研發、網絡部署到行業應用,都取得了長足的進步,但要進一步實現QKD從實用化到產業化規模應用,還面臨著不少挑戰。標準化是關鍵一步,是未來產業成熟發展的基石。量子通信作為跨領域的系統工程,它的標準化從無到有,具有相當的難度和挑戰。
目前,我國正全力推進QKD標準化相關工作,特別是2017年6月量子通信與信息技術特設組(ST7)在工信部中國通信標準化協會(CCSA)發起成立,已有44家會員單位,正在圍繞量子保密通信標準體系的術語、應用場景、網絡架構、技術要求、測試方法、應用接口等內容編制有關國家標準和行業標準,其中中國信通院牽頭的QKD測試方法研究已經發布。另外,我國專家也已經在去年11月在ISO/IEC國際標準化組織啟動了QKD的全球首個國際標準項目“Security requirements, test and evaluation methods for quantum key distribution”,正式開啟了QKD的國際標準化進程。這些工作都為下一步發展量子通信產業奠定了基礎。
7、問:謝謝接受我們的采訪,通過這次訪問我們也更加了解了目前國際國內在量子通信技術工程化、實用化和產業化方面的最新進展,我們由衷地為我國在這一尖端技術領域取得的成果感到驕傲。
答:我們也很高興與你們聊了這么多,回答過程也是一個梳理過程,很有感觸,也很受啟發。實際上,與任何一項新技術的發展一樣,量子通信技術的應用和發展也需要實驗床和應用示范。京滬干線建設以來,不僅在金融、電力等行業成功開展了應用示范,而且有更多的行業要求接入和試用。對于工程化和實用化,我們一直秉持這樣的觀點,一方面要謹慎論證,另一方面也要積極部署,因為有應用才有進步、有做才有未來,就如電報一樣,通過大規模的建設,特別是跨洋海纜的建設,促進了電報的應用和普及,也為現代電信產業的發展打下了堅實基礎。同理,正是幾十年來大規模的海底光纜、地面光纖網絡、移動基站的建設,我們如今才能便捷地使用互聯網。
參考資料
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[28] https://www.quantumcommshub.net/wp-content/src/QCommHub_Annual-Report-2014-15.pdf.
[29] Nicolas Gisin and Hugo Zbinden, Quantum Information Processing,https://docbox.etsi.org/workshop/2014/201410_crypto/s01_setting_the_scene/s01_gisin.pdf.
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[31] http://intl.ce.cn/specials/zxgjzh/201608/10/t20160810_14723189.shtml.
[32] https://www.idquantique.com/id-quantique-sk-telecom-join-forces.
[33] https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/564946/gs-16-18-quantum-technologies-report.pdf
[34] https://www.uscc.gov/sites/default/files/John%20Costello_Written%20Testimony_Final2.pdf
[35] https://www.etsi.org/images/files/ETSIWhitePapers/etsi_wp27_qkd_imp_sec_FINAL.pdf
[36] Lo et al., Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012)
[37] Tang et al., Phys. Rev. X 6, 011024 (2016)
[38] https://money.cnn.com/2018/09/14/technology/quantum-computing-china/index.html
[39] https://www.lightourfuture.org/getattachment/7ad9e04f-4d21-4d98-bd28-e1239977e262/NPI-Recommendations-to-HSC-for-National-Quantum-Initiative-062217.pdf.
[40] https://www.congress.gov/bill/115th-congress/house-bill/6227/text
[41] https://www.whitehouse.gov/sites/whitehouse.gov/files/images/Quantum_Info_Sci_Report_2016_07_22%20final.pdf.
[42] https://quantumxc.com/
[43] https://techcrunch.com/2018/10/25/new-plans-aim-to-deploy-the-first-u-s-quantum-network-from-boston-to-washington-dc/
[44] https://www.idquantique.com/idq-announce-partnership-quantum-xchange/
[45] Quantum Manifesto, http://qurope.eu/manifesto.
[46] https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/quantum-flagship-high-level-expert-group-publishes-final-report.
[47] https://qt.eu/app/uploads/2018/05/Supporting-QT-beyond-H2020_v1.1.pdf
[48] https://www.bis.doc.gov/index.php/documents/regulations-docs/federal-register-notices/federal-register-2014/951-ccl5-pt2/file
[49] https://www.bis.doc.gov/index.php/documents/regulation-docs/415-part-740-license-exceptions/file