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神奇的量子通信

2015-05-15 15:54:44

神奇的量子通信

■ 刘  

 

时至今日,究竟有没有一种绝对不可破译的保密方式,能让传送的信息绝对安全可靠?量子通信,就是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。

量子通信是利用量子力学基本原理进行信息传递的一种新型通信方式。理论上,量子通信可实现无条件安全的链路数据传输,被认为是保障未来通信安全最重要的技术手段。

量子是微观物理世界中的基本单位,一个最最小的单元。量子理论主要包括量子测不准原理和量子纠缠。

早在 1927 年,德国科学家海森堡就提出了量子测不准原理。在现代科学认知中,几乎任何已知事物都是可测的,但量子是个例外。以制造硬币为例,制造硬币的基本前提是测定模板、再行复制。但在量子世界,这枚“硬币”是不确定的,你根本没法测量它,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。

如果将这一原理应用在通信技术上,就是天然的保密通信手段。

在通信中,对方的话通过座机、手机等有线、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。如果这段通话被加密,那么必须先复制到密码,再解密为正常通话。

可以说,一旦通信中的信息和密码用量子来承载,就是不可复制的。

我们把想要保密传输的信息加载到一个个不可能被准确观测和复制的量子上,只要有人在途中打算窃听信息,一“碰”,它的状态就改变了,窃听者拿到的只会是一堆毫无用处的信息。

量子通信另一个核心内容是隐形传输,是利用光子等基本粒子的量子纠缠原理来实现保密通信的。在量子力学里,两个粒子在经过短暂时间彼此耦合之后,单独搅扰其中任意一个粒子,会不可避免地影响到另外一个粒子的性质,尽管两个粒子之间可能相隔很长一段距离,这种关联现象被称为量子纠缠。

在量子通信系统中,信息的发送方和接收方共享两个存在纠缠关联的光子。当发送方将信息赋予一个光子时,接收方的纠缠光子就会几乎同时发生一致的变化,瞬间完成信息的传输,从根本上杜绝了被窃听、被截获的可能。

量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的潜在应用价值和发展前景,还可用于涉及秘密数据、票据的电信、证券、保险、银行、工商等领域和部门。

1993 年美国科学家贝内特明确提出量子通信的概念以来,各主要发达国家都将量子通信研发和应用列为优先级战略。我国在这方面也已经处于国际领先水平,已经实现了超过200千米的安全信息传输,实用化安全传输距离已达到几十千米。

“神”气十足的量子通信听起来让人不可思议,事实上,它已经渐渐走进我们的生活。在不久的将来,作为保障未来信息社会通信安全的关键技术,量子通信将有望走向大规模应用,为信息化社会的发展提供基础的安全服务和可靠的安全保障。

 

 【责任编辑】赵新宇

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