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问天量子总裁赵义傅:中国量子通信密钥体系可以抵御量子计算机攻击

2016-01-02 08:10
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  2015年,在量子通信和量子计算方面,中国可谓硕果累累——杜江峰研究组把金刚石的一个碳原子由氮原子取代,外加氮原子旁边的一个空位,组成了NV色心结构,成为单自旋固态量子计算的载体,在传统的纠错码下达到了非常高的操作精度,量子逻辑门精度达到了99.99%,其单比特门精度已经满足容错计算的需求,若能做到系统扩展,使成百上千的逻辑比特都达到满足容错计算的精度,那就能建成量子计算机。而中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。英国物理学会(InstituteofPhysics)新闻网站《物理世界》(PhysicsWorld)将其评为“年度突破”。

  就在今年11月,谷歌推出的D-Wave量子计算机,宣传其在解决问题时能够比其他任何计算机都快出一亿倍,并能破解任何秘钥体系。那么中国量子通信密钥体系能否抵御量子计算机的攻击?日前,记者专访了问天量子总裁、中科大量子信息实验室博士赵义傅,为大家答疑解惑。问天量子是以郭光灿院士团队实用化量子通信技术为基础,从事量子信息技术产业化的公司。郭光灿院士是科技部973项目“量子通信和量子信息技术”的首席科学家。

  以下为记者对赵义傅博士的采访:

  郭光灿院士

  记者:能给量子通信下个定义么?

  赵义傅:量子通信这个名词其实稍微有点争议,现在把量子密钥分配和量子隐形传态都视为量子通信。现在已经商业化的量子通信的技术是量子密钥分配,用来传递密钥、分发密钥,保障信息安全,量子隐形传态目前还不能商用。

  记者:能否具体解释下量子隐形传态?

  赵义傅:量子态隐形传态是一种传递量子信息(例如以量子叠加态编码的信息)的技术。它首先要在信息传递的“本地”和“远方”两地间建立量子纠缠,将要传递的“目标量子信息”与量子纠缠的本地方进行测量,远方的纠缠量子状态随即改变,但需借助两地间必要的经典通信,即可将远方的量子态重构成为“目标量子信息”。在这个过程中原先携带“目标量子信息”的物理载体却留在原处,不必被传送。在这个过程中,经典通信是必不可少的,单靠量子通道无法实现这种隐形传态,因此,此过程中量子信息的传输速度,并没有违背光速最大原理。

  记者:之前提到量子叠加和量子纠缠,能解释下么?

  赵义傅:量子叠加指的是量子态可以同时处于多种状态上,当对其观测时,量子叠加态将随机地以一定的概率呈现不同态的性质。这一点和经典情况有些不同。比如说,在经典信息论中最基本的概念就是经典比特。一个经典比特的值或者是1或者是0,不会有第三种情况。然而量子态叠加原理,却允许量子信息理论引入一个0和1的叠加状态,这个状态既不是0,也不是1,如果测量它,那么它可能是1也可能是0。

  如果将处于量子纠缠中的两个粒子分开很远,当我们完成对一个粒子的状态进行测量时,这时另一个粒子的状态受到关联关系的制约,会随之发生变化,这种影响不受距离的限制。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”,量子纠缠态的关联被称为非定域的量子关联。

  记者:实现量子纠缠就能用于量子隐形传态?

  赵义傅:要达到理想的纠缠态,或者说最好的纠缠品质,必须经过纠缠纯化。但是受实验条件限制或环境噪声影响,通常制备出来的纠缠态并不理想;而经传输后,纠缠态的纠缠品质还会有所下降。因此,可以通过对许多对纠缠品质较低的纠缠态进行联合操作,制备出对数少一些,但是纠缠品质提高到接近最好的纠缠态。

  记者:能解释下纠缠分发么?

  赵义傅:将互相纠缠的物理客体分别发送到空间距离很远的不同的地方,也就是纠缠分发。纠缠往往是存在于多个物理客体之间,如光子之间、原子之间,光子和原子之间,根据量子力学理论描述,2个处于量子纠缠态的粒子无论相距多远,都能“感知”和影响对方的状态,而且这种影响是瞬间完成的。

  记者:那为什么不用量子隐形传态实现量子通信呢?

  赵义傅:一方面是技术上有难度,离产业化推广还很漫长。另一方面,普通的弱光激光器经过衰减就能实现量子密码通信的量子态制备和发送,而且已经证明该方案和纠缠态量子密码通信是等效的,因此,在实际的量子密码分配中不需要技术难度大,价格昂贵的纠缠光源或量子隐形传态。

  记者:量子通信技术中美孰优孰劣?

  赵义傅:在量子密钥分配方面局部互有优劣,总体上差不多。但在量子隐形传态方面,中国走在美国前列——中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。

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