量子通信的奧秘-在線瀏覽
2024-08-08 22:42本頁面
【正文】 基本定律。也就是說，任意量子的狀態(tài)，在受到復制或測量時，都會發(fā)生變化。所以，利用量子的這一特性制作的密碼，從理論上講是一種最為安全的密碼。正是基于以上原理，科學家們提出了量子密碼的概念，并把它應用與量子通信系統(tǒng)中，因此從理論上講，量子通信是絕對安全的。二十世紀70年代，在量子通信概念提出以前，當時美國的偽鈔特別猖狂，美國哥倫比亞大學有一個年輕的學者，提出了電子貨幣的概念。 到了二十世紀80年代，美國彼尼特和加拿大的一個密碼學家Bennett Brassard開國際會議閑聊時，談到這個年輕人的想法，覺得非常有啟發(fā)。這便是量子密碼的起源。BB84量子密碼已經(jīng)成為目前國際上使用最多的一種量子密鑰方案，而且成為量子通信的重要發(fā)展基礎。2002年，瑞士日內(nèi)瓦大學的研究組在 67千米的光纖中實現(xiàn)了單光子密碼通信；但是由于目前還沒有完美的單光子源，以上實驗均是用弱相干光衰減來近似得到單脈沖，其中有些脈沖仍然含有多個光子，對光子數(shù)目分束攻擊就是不安全的。2004年，實際可行的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)方案被提出。 注：誘騙態(tài)量子密碼方案量子密碼為兩個遙遠的用戶之間建立隨機、保密且無條件安全的量子密鑰提供了一個強有力的工具。為了解決這個問題，國際上許多小組都進行了大量的理論和實驗研究，一些新方法新技術不斷被提出，誘騙態(tài)量子密碼理論主要是針對竊聽者分束攻擊這一根本問題提出的解決方案?；驹硎前l(fā)送方隨機地使用兩個波長、線寬等物理常數(shù)都相同，只有強度不同的弱相干態(tài)光源，其中一個稱為信號態(tài)（signalstate），用于量子密鑰分配；另一個稱為誘騙態(tài)（decoystate），用于探測竊聽者的存在。這一突破標明在太空和地球之間可以構(gòu)建安全的量子通道來傳輸信息，用于全球通信。這標志著無法偷聽的量子編碼通信可望通過人造衛(wèi)星來實現(xiàn)。而要達到更遠的距離很難，因為大氣容易干擾光子脆弱的量子狀態(tài)。由于大氣隨高度的增加而日趨稀薄，在衛(wèi)星上旅行數(shù)千公里只相當于在地面上旅行8公里。阿吉沙（Ajisai）人造衛(wèi)星由318面鏡片組成，從精確的鏡片上反彈回來的單批光子成功地回到了此天文臺。宰林格正在打造一個人造衛(wèi)星，用于產(chǎn)生糾纏光子，接收信息并對信息編碼，之后再將編碼的信息反射回來，以建立全球量子通信網(wǎng)絡。為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實,從上世紀90年代開始,國內(nèi)外科學家做了大量的研究工作。我國從上世紀80年代開始從事量子光學領域的研究，近幾年來，中國科技大學的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績。 2006年夏,我國中國科技大學教授潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、歐洲慕尼黑大學—維也納大學聯(lián)合研究小組各自獨立實現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時實現(xiàn)了超過100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實驗，由此打開了量子通信走向應用的大門。2009年9月，潘建偉的科研團隊正是在3節(jié)點鏈狀光量子電話網(wǎng)的基礎上，建成了世界上首個全通型量子通信網(wǎng)絡，首次實現(xiàn)了實時語音量子保密通信。全通型量子通信網(wǎng)絡是一個5節(jié)點的星型量子通信網(wǎng)絡，克服了量子信號在商用光纖上傳輸?shù)牟环€(wěn)定性是量子保密通信技術實用化的主要技術障礙，首次實現(xiàn)了兩兩用戶間同時進行通信，互不影響。該成果首次全面展示和檢驗了量子通信系統(tǒng)組網(wǎng)和擴展的能力，標志著大規(guī)模可擴展網(wǎng)絡量子通信技術的成熟，將量子通信實用化和產(chǎn)業(yè)化進程又向前推進了一大步。超光速信息傳輸?shù)膲粝?愛因斯坦不僅不接受“量子糾纏”的思想，并且還堅持認為不可能存在比光速還要快的信號。過去的很多科學實驗已經(jīng)證明了量子糾纏現(xiàn)象的存在，那么量子糾纏現(xiàn)象中遠距離粒子之間的相互影響是如何產(chǎn)生的呢？科學家們解釋說，糾纏態(tài)的物體釋放出某種隱藏的高速信號，從而對其伙伴產(chǎn)生影響，實際上，已有實驗證實了隱藏信號的存在，而且這種未知信號的傳輸速率可能會比光速還要高。首先，研究人員們將光子對拆散；然后，通過由瑞士電信公司提供的光纖向兩個村莊接收站進行傳送，接收站之間相距大約18公里。最終，接收站證實每對相互糾纏的光子被分開傳送到接收站后，兩者之間仍然存在糾纏關系。在實驗中，任何隱藏信號從此接收站傳送到彼接收站，僅僅需要一百萬兆分之一秒。由此可以推測任何未知信號的傳輸速率至少是光速的10000倍。這場思想和理論的“世界大戰(zhàn)”，已經(jīng)持續(xù)了70 年，至今仍毫無平息的跡象。第一回論戰(zhàn)1927年10月在布魯塞爾召開了第五屆索爾威會議。包括愛因斯坦、玻爾、薛定諤、玻恩、德布羅意、海森堡、洛倫茲、康普頓等在內(nèi)的世界最著名的科學家出席了這次會議。由于愛因斯坦一直對量子力學的統(tǒng)計解釋感到不滿，他曾在半年多以前（1926 年12 月 4 日）寫信給玻爾道：“量子力學固然是堂皇的。這理論說得很多，但是一點也沒有真正使我們更接近這個‘惡魔’的秘密。” 所以人們都急切地期待著愛因斯坦對玻爾觀點的反應。 第五屆索爾威會議開得異常熱烈，在德布羅意、薛定諤發(fā)言后，玻爾和海森堡認為量子力學是一個完備的理論；它的基本的物理和數(shù)學假設是不容許加以進一步修改的。后來，會議主席洛倫茲要求玻爾發(fā)言，談談他的看法。會議開始討論玻爾的觀點。直到這時，愛因斯坦才起來發(fā)言，表示贊同量子力學的系統(tǒng)幾率解釋，而不贊成把量子力學看成是單個過程的完備理論的觀點。整個會場沸騰了，十多位科學家一邊用好幾種語言叫嚷著要求發(fā)言，一邊迫不及待地和周圍的科學家交換意見。于是埃倫菲斯特跑到講臺前，在黑板上寫下了圣經(jīng)上的一句名言
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