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量子通信:与“棱镜门”再见

2014-03-10 11:09
姚看江湖
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  “棱镜门”一出,从国家元首到平民百姓人人自危,深感信息安全像窗户纸一样,似乎再保密的通话都会被情报人员监听。的确,基于电子方式的通信,基于数学方法的密码,已经无法保证不被破解。

  从电子通信到量子通信,一场通信技术革命正在竞争中触发。我国量子通信卫星目前正在上海等地进行紧张的工程研制,有望在两年之内上天,在卫星与地面之间收发不可截获的“密电”。

  从理论上讲,神奇的量子通信是超高效率和绝对安全的。

  无法克隆的量子纠缠

  先科普一下。简单地说,量子是微观物理世界中的基本单位,一个最最小的单元。比如量子力学,就是用来描述各种微观粒子之间的力学关系和运动规律的。它完全不同于中学物理教科书上的经典牛顿力学。

  早在1927年,德国科学家海森伯就提出了量子不可测的原理。在现代科学认知中,几乎任何已知事物都是可测的,但至少量子是个例外。

  像造币一样,制作硬币的基本前提是测定模板、再行复制。想象一下,在量子世界中,有一枚不停旋转的“量子骰子”,6个面交替出现。要复制它,必然先要测量它的尺寸,而这种测量行为就会改变它的运动状态。换句话说,量子一旦被测量,还来不及被复制,它就不是原来那个量子了。

  在通信中,对方的话通过电话等有线无线终端,远距离传送到你的耳朵里。如果他人要窃听你们的对话,必须完成这个对话的复制过程。而如果这段通话被加密,也必须先复制到密码,再解密为正常通话。

  那么,一旦通信中的信息和密码用量子来承载,就是不可克隆的。

  其实,量子通信拥有一道“双保险(放心保)”,除了不可复制,还有量子纠缠现象。即两个共同来源的微观粒子,不论它们分开多远,一旦其中一个粒子发生变化,就立即影响到另一个粒子,似乎它们像一对孪生儿,彼此存在“心灵感应”。

  为了这种 “幽灵般的超距作用”,两位科学大师爱因斯坦和玻尔发生了 “关于物理学灵魂的论战”。后来,物理学家贝尔等人用实验证明,量子纠缠确实存在,而且某些量子效应可能以超光速行进。

  这种不可克隆的量子纠缠,正好是量子通信所需要的。中科院空间科学战略性先导科技专项项目—量子卫星工程常务副总师兼卫星总指挥、中科院上海技术物理所王建宇研究员介绍,作为全新通信概念的量子卫星通信,是以构成光线的光子为单元,通过收发一连串的光子,进行星地之间的量子密钥分发。比如,100个光子形成一串密码,由A发给B,A发出一个,B就收一个,两者间建立唯一的对应关系,第三者无法从中截获。

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