量子通信的奧秘-文庫(kù)吧資料
2025-07-04 22:42本頁(yè)面
【正文】 同的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)。本世紀(jì)兩位最偉大的科學(xué)巨人之間一場(chǎng)達(dá)幾十年之久的爭(zhēng)論即將拉開(kāi)序幕。我無(wú)論如何深信上帝不是在擲骰子?？墒怯幸环N內(nèi)在的聲音告訴我，它還不是那真實(shí)的東西。在會(huì)上，玻爾首先作了發(fā)言，闡述互補(bǔ)原理和對(duì)量子力學(xué)的詮釋。會(huì)議的議題是“電子與光子”，企圖解決“經(jīng)典理論與量子理論之間的矛盾”。這場(chǎng)深刻的科學(xué)和哲學(xué)問(wèn)題爭(zhēng)論，是科學(xué)發(fā)展史上的重大事件，而本世紀(jì)兩位最偉大的科學(xué)巨人——愛(ài)因斯坦和玻爾之間的激烈交鋒，則是其中最主要的和最有代表性的部分。但遺憾的是，這個(gè)超光速的量子信息是如何傳遞的、背后有什么更深?yuàn)W的物理原理等問(wèn)題，科學(xué)家們到現(xiàn)在沒(méi)有弄清楚，人類(lèi)要實(shí)現(xiàn)超光速的傳輸還需要繼續(xù)不斷的探索！這也正是量子通信未來(lái)最值得我們期待的發(fā)展方向之一！玻爾與愛(ài)因斯坦的世紀(jì)論戰(zhàn)——物理學(xué)靈魂的論戰(zhàn)二十世紀(jì)20 年代后期開(kāi)始，量子力學(xué)的物理詮釋以及相與俱來(lái)的科學(xué)哲學(xué)問(wèn)題，引起了一場(chǎng)史無(wú)前例的科學(xué)大論戰(zhàn)。這一傳輸速率保證了接收站能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到光子。通過(guò)對(duì)其中一個(gè)光子的分析，科學(xué)家可以預(yù)測(cè)另一光子的特征。沿途光子會(huì)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的探測(cè)器，因此研究人員能夠隨時(shí)確定它們從出發(fā)到終點(diǎn)的“顏色”。為了證實(shí)這種可能性，瑞士科學(xué)家開(kāi)始著手對(duì)一對(duì)相互糾纏的光子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)1905年出版的愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，他認(rèn)為沒(méi)有物體的運(yùn)動(dòng)速度能夠超過(guò)光速。據(jù)稱(chēng)，潘建偉團(tuán)隊(duì)將與中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所等機(jī)構(gòu)合作，在合肥市及周邊地區(qū)啟動(dòng)建設(shè)一個(gè)40節(jié)點(diǎn)量子通信網(wǎng)絡(luò)示范工程，為量子通信的大規(guī)模應(yīng)用積累工程經(jīng)驗(yàn)。該網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)間的距離可達(dá)20公里，可以覆蓋一個(gè)中型城市；容納了互聯(lián)互通和可信中繼兩種重要的量子通信組網(wǎng)方式，并實(shí)現(xiàn)了上級(jí)用戶(hù)對(duì)下級(jí)用戶(hù)的通信授權(quán)管理。這一成果在同類(lèi)產(chǎn)品中位居國(guó)際先進(jìn)水平，標(biāo)志著中國(guó)在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求。2008年底，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)成功研制了基于誘騙態(tài)的光纖量子通信原型系統(tǒng)，在合肥成功組建了世界上首個(gè)3節(jié)點(diǎn)鏈狀光量子電話網(wǎng)，成為國(guó)際上報(bào)道的絕對(duì)安全的實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之一（另一小組為歐洲聯(lián)合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)）。2003年,韓國(guó)、中國(guó)、加拿大等國(guó)學(xué)者提出了誘騙態(tài)量子密碼理論方案,徹底解決了真實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下量子通信的安全速率隨距離增加而嚴(yán)重下降的問(wèn)題。自1993年美國(guó)IBM的研究人員提出量子通信理論以來(lái)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局都對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究，歐盟在1999年集中國(guó)際力量致力于量子通信的研究，研究項(xiàng)目多達(dá)12個(gè)，日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。量子通信走進(jìn)日常生活——中科大建成世界首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò) 量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對(duì)安全特性，不但在國(guó)家安全、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和前景，而且逐漸走進(jìn)人們的日常生活。參與此項(xiàng)研究的奧地利維也納的量子光學(xué)和量子信息研究所著名量子物理學(xué)家安頓宰林格（Anton Zeilinger）認(rèn)為太空至地球的量子通信是一項(xiàng)可行技術(shù)。為證實(shí)地面能觀測(cè)到從軌道衛(wèi)星上發(fā)送回來(lái)的光子，此研究小組從意大利馬泰拉（Matera）激光測(cè)距天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡向阿吉沙（Ajisai）人造衛(wèi)星發(fā)射出一束普通的激光。而巴伯利小組想出了解決辦法，通過(guò)人造衛(wèi)星來(lái)發(fā)送光子。2007年6月，一個(gè)由奧地利、英國(guó)、德國(guó)研究人員組成的小組在量子通信研究中通過(guò)創(chuàng)下了通信距離達(dá)144公里的最遠(yuǎn)紀(jì)錄。意大利帕多瓦大學(xué)的保羅維羅來(lái)斯和愷莎爾巴伯利領(lǐng)導(dǎo)此研究小組，成功地利用意大利名為馬泰拉（Matera）（Ajisai）人造衛(wèi)星發(fā)射出光子，并讓此衛(wèi)星將這些光子反彈回到了原始出發(fā)地。太空中的量子通信2008年，在《新物理學(xué)》（New Journal of Physics）雜志上，一支意大利和奧地利科學(xué)家小組宣布，他們首次識(shí)別出從地球上空1500公里處的人造衛(wèi)星上反彈回地球的單批光子，實(shí)現(xiàn)了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。2003 年,Hwang提出了一種抵抗分束攻擊的有效方法——誘騙態(tài)（Decoy）編碼方法。然而，由于實(shí)際物理設(shè)備的固有缺陷（如通信光纖傳輸損耗、探測(cè)器固有暗計(jì)數(shù)、單光子源的尚未實(shí)用化等），給實(shí)際系統(tǒng)中的量子密鑰生成率和最大安全傳輸距離帶來(lái)了局限。2006年,我國(guó)中國(guó)科技大學(xué)教授潘建偉小組、美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、歐洲慕尼黑大學(xué)—維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，由此打開(kāi)了量子通信走向應(yīng)用的大門(mén)。2003年，Hwang提出了基于誘騙態(tài)的量子密鑰分發(fā)的思想，利用強(qiáng)度不同的弱相干態(tài)光源抵抗分束攻擊。自從1984年Bennett Brassard 提出量子密鑰分發(fā)的BB84協(xié)議以來(lái)，由于其建立在量子的不確定性原理和不可克隆原理基礎(chǔ)上的無(wú)條件安全性，量子密碼得到了迅速的發(fā)展。BB84量子密碼的方案在已經(jīng)被證明是非常成功的，即便以后的量子計(jì)算機(jī)，或更高級(jí)的儀器都無(wú)法破解。于是他們就把年輕人的想法研究了一番，并提出了BB84量子密碼的方案。他建議使用量子信息建立一種無(wú)法復(fù)制的量子貨幣，并寫(xiě)了一篇文章，投到一個(gè)雜志，那個(gè)雜志的編輯認(rèn)為這個(gè)年輕人簡(jiǎn)直就是胡思亂想，于是把稿子退了回去。實(shí)際上，關(guān)于量子密碼的起源，還有一個(gè)有趣的小故事。一個(gè)量子物質(zhì)的傳送過(guò)程就像光在光纖里傳輸過(guò)程一樣，如果一個(gè)偷聽(tīng)者想在某一個(gè)地方偷聽(tīng)信息，或者將該信息內(nèi)容復(fù)制下來(lái)
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