《量子通信能否取代传统通信量子通信能否取代传统通信》由会员分享，可在线阅读，更多相关《量子通信能否取代传统通信量子通信能否取代传统通信（1页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热点 关注2017.11.27青 海4投稿邮箱： 责编马富娟主任李磊一问： 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
2、国科学技术大学上海研究 院副研究员张文卓说，“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 技术大学教授潘建伟解释道，“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，
3、 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 。 ” 潘建伟说，“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
4、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。 张文卓说：“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，
5、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。 ” 张文卓 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 码打开保密信息。 ” 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？
6、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。 张文卓说：“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。 ” 张文卓进一步解释：“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
7、保密性高？ 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。 “因为传统通信的密钥都基于非 常复杂的数学算法， 只要是通过算法 加密的， 人们就可以通过计算进行破 解。而量子通信则可以做到很安全， 不被破译和窃听， 这在数学上已经获 得了严格的证明。 ” 张文卓说。 这种 “很安全” 是如何实现的？这 就要说到在讲量子密钥分发时提到的 量子的另外两个特性测量的随机 性和不可复制。 什么是量子测量的随机性？ 张文卓说：“在量子力学里， 光子 可以朝着某个方向进行振动， 叫做偏 振。因为量子叠加， 一个光子可以同 时处在水平偏振
8、和垂直偏振两个量子 状态的叠加态。这时， 如果你拿一个 仪器在这两个方向上进行测量， 就会 发现， 每次测量都只会得到其中一个 结果： 要么是水平的， 要么是垂直的。 测量的结果完全随机。 ” 而在日常的宏观世界里， 一个物 体的速度和位置， 一般是可以同时准 确测定的。比如飞机来了， 雷达就可 以把飞机的速度、 位置都准确测定。 “但在量子世界， 测量会破坏或改 变量子的状态。如果我们把一个量子 的位置测准了， 它的速度就测不准 了。 ” 张文卓说。 既然测量量子的状态会出现随机 的结果， 那么人们自然也无法对一个 不知道其状态的量子进行复制， 这就 是量子不可复制的特性。 利用这两个特性，
9、 量子通信也就 保证了安全。“在量子密码共享或量子 态传递过程中， 如果有人窃听， 它的状 态就会因窃听(测量)发生改变， 密码接 收的误码率会明显增加， 从而引起发 送者和接收者的警觉， 而停止该信道 的发送。如果窃听者一直在这个信道 存在， 可以换一个没有发现窃听者的信道重新发送。 ” 张文卓说，“因为能及 时发现窃听者， 加上量子的不可复制 也使得窃听者无法采取信息复制的方 法来获得合法用户的信息， 所以， 量子 通信具有很强的保密性。 ”四问： 能否取代传统通信？ 这是两种不同的通信形式， 量子 通信是为了让传统的数字通信变得更 安全 量子通信既然这么厉害， 那未来 会不会取代传统通信
10、？ 张文卓说：“实际上， 量子通信的 目标并不是要把传统的数字通信给取 代掉。比如量子密钥分发， 它本身是 为了让传统的数字通信变得更安全， 并不能独立存在。而量子隐形传态则 完全取决于量子计算机的发展。只有 未来所有的经典计算机都被量子计算 机取代了， 才完全会用这种通信方 式。但问题是， 量子计算机和传统计 算机就好比核武器和常规武器， 是不 可能完全取代彼此的。未来应该是量 子通信和传统通信一起构建天地一体 化通信网络。 ” 量子通信事关国家信息和国防安 全， 这个战略性领域已经成为发达国 家优先发展的信息科技和产业高地。 美国对量子通信的理论和实验研 究开始较早， 并最先将其列入国家战
11、 略。欧盟则着眼于合力构建量子互联 网， 2015年发布 量子宣言 ， 计划启动 10亿欧元用于推动量子通信和量子技 术的发展。日本也制定了量子信息技 术长期发展路线图。 虽然在全球量子通信竞赛中， 中 国起步并非最早， 但是在科学家们的 不懈努力下， 目前中国在量子通信领 域已经实现了 “弯道超车” 。 潘建伟团队在2007年首次实现安 全通信距离超过100公里的光纤量子 密钥分发， 2016年又将最安全距离提 高到400公里； 2016年中国发射全球 首颗量子科学实验卫星； 2017年世界 首条量子保密通信干线 “京沪干 线” 正式开通潘建伟表示， 希望到 2030年左右， 能建成全球化的广域量 子通信网络， 并在量子计算领域有所 作为。 据 人民日报走近 “颠覆性技术” ： 量子通信量子通信能否取代传统通信能否取代传统通信？打个电话， 会不 会被窃听？通过网 络传送一份保密文 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 破译的保密方式， 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。资料图片
