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量子通信问与答
打个电话,会不会被窃听?通过网络传送一份必威体育官网网址文件,途中被他人窃取咋办……
现代社会,信息安全面临的问题越来越多。
有没有一种不可破译的必威体育官网网址方式,能让传送的信息绝对安全可靠?近些年来,量
子通信技术的飞跃发展正让梦想成为现实。
一问:什么是量子?
量子是光子、质子、中子、电子、介子
等基本粒子的统称,是能量的最基本携
带者
量子是物理世界里最小的、不可分割的基本单元,是能量的最基本携带者。它是
光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。可以说,整个世界都是由量
子组成的。比如,日常生活中的光,就由大量光量子组成。
量子有不同于宏观物理世界的奇妙现象,其中最为著名的就是量子叠加和量子纠
缠。
量子世界“跟宏观世界最大的区别,就是量子有多个可能状态的叠加态。”中科院
量子信息与量子科技创新研究院、中国科学技术大学上海研究院副研究员B说,
“这种现象在宏观世界里是存在不了也无法维持的。在宏观的经典世界里,1就
是1,2就是2。而在微观的量子世界中,一个状态可以存在于1和2之间,它
既不是1,也不是2,但它既是1,又是2。”
“打个比方吧,这就好比孙悟空的分身术。一个孙悟空可以同时出现在多个地方,
孙悟空的各个分身就像是他的叠加态。”中科院院士、中国科学技术大学教授A
解释道,在“日常生活中,一个人不可能同时出现在两个地方。但在量子世界里,
作为一个微观的客体,它能够同时出现在许多地方。”
而所谓量子纠缠,也是量子叠加的一种表现,是指两个处在纠缠态的量子一旦分
开,不论分开多远,如果对其中的一个粒子测量,另一个粒子就会立即发生变化,
且是不需要时间的变化。
“这两个纠缠在一起的量子就好比是一对有心电感应的双胞胎,不管两人距离多
远,千公里量级或者更远,只要当其中一个人的状态发生变化时,另一个人的状
态也会跟着发生一样的变化。爱因斯坦称之为幽灵般‘的超距作用’。”A说,量“
子纠缠所体现的这种非定域性是量子力学最神奇的现象之一。”
二问:什么是量子通信?
量子通信是利用量子力学原理对量子态
进行操控的一种通信形式,可以有效解
决信息安全问题
近年来,随着量子的各种奇妙特性被科学家不断认识,实用的新技术也被逐渐开
发出来,量子通信就是其中之一。
量子通信是量子信息学的一个重要分支,它利用量子力学原理对量子态进行操
控,在两个地点之间进行信息交互,可以完成经典通信所不能完成的任务。量子
通信是迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式,可以有效解决信息安全问
题。
B说:通常来讲,量子通信分为两种,一种是量子密钥分发;另外一种是量子“
隐形传态。前者是利用量子的不可复制性以及测量的随机性来生成量子密码,给
传统的数字通信加密;而后者则是利用量子纠缠直接传送量子比特。量子隐形传
态是为了给未来的量子计算机之间的通信使用。”
那么,量子密钥分发是如何生成量子密码来给传统的通信加密的?
假如“,信息发送者甲想和信息接收者乙共享量子密码。首先,发送者甲需要把
一个个独立的单光子发送给乙,一边发一边随机地选择单光子的状态,并把自己
的随机选择方式记录下来。同时乙也需要把收到的光子随机地测量一遍,然后把
每个测量方式通过经典通信方式告诉甲。”B说,接下“来,甲把乙的测量方式和
自己的随机选择方式做对比,保留测量方式相同的光子,去掉不同的。留下的这
些光子的测量结果,就构成了量子密码。然后,乙就可以依据这些密码打开必威体育官网网址
信息。”
量子隐形传态又是如何利用量子纠缠直接传送量子信息的?
同样是信息发送者甲和接收者乙。这次不是共享密码了,而是要发送包含量子信
息的光子a。
B说:“首先得制备出一对处在量子纠缠态的光子b和c,把b交到发送者甲手里,
把c给接收者乙拿‘着’。然后,甲通过自己手中的光子b和这个想要发送的光子
a一起做测量,并把测量方法告诉乙。乙再通过这种方法测量手中的c,这时的
c已经拥有了与a同样的量子信息态。”
B进一步解释:“也就是说,我们并不需要真的传递光子a本身,而是把它的量
子态精确传送过去。量子隐形传态利用量子纠缠,接收者乙在拥有纠缠态的光子
和发送者甲的测量方法后,可以制造出原物的完美复制品。”
三问:为何必威体育官网网址性高?
量子具有测量的随机性和不可复制的特
性,几乎不可能被破译
以往用微电子技术为基础的计算机技术传递信息极易遭遇窃听。
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