陈庆修:量子通信既保密又神速

陈庆修:量子通信既保密又神速

量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。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特性,包括量子叠加和量子纠缠。对通信而言,最重要的是量子纠缠。量子信息学就是量子力学与信息科学相结合的产物,它包括量子密码、量子通信、量子计算机等几个方面,近年来在理论和实验上都取得了重大的突破。

密码领域的革命性变革

20世纪90年代,物理学家在理论上证明,对微观世界的物体而言,借助神奇的量子纠缠,可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点,而不用传送物质本身。将量子力学理论和信息技术结合,利用量子调控技术来处理信息,通过对光子、原子等微观粒子进行精确操纵,信息编码、存储、传输等处理方式将会发生革命性变革。

由于一个量子单元的行为能瞬间影响另一个量子单位,对量子的测量意味着干涉,从而改变被测量子的状态,这样的特性意味着不可能实现对一个未知量子单元的精确复制。基于这一原理,科学家提出了量子密码的概念,也就是用具有量子态的物质作为密码。

量子密码就是应用量子纠缠效应来进行信息的保密性传输,它的优点在于不必在密码编辑上劳神费力,甚至根本不用常规密码,直接把信息以纠缠态方式发送就可以完美保密。这是因为当有人闯入传输网络,光子束就会出现紊乱,每个结点的探测器就会指出增加的错误等级,从而发出受干扰警报;发送与接收双方也会随机选取键值的子集进行比较,全部匹配才认为信息没有被窃听。这样一来,黑客就无法闯入一个量子系统而不留下痕迹,甚至仅仅尝试解码这一举动,就会导致量子密码系统改变原有状态。当然,即便有黑客成功拦截获得了一组密码信息的解码钥匙,所得到的只是无意义的乱码信息,而且在完成这一举动的同一时刻,也导致了密钥的变化。当合法的信息接收者检查钥匙时,则可以从量子态的改变中知道密码曾被截取过,一旦发现破绽就会马上更换新的密钥。

量子密码的出现使密钥的安全性产生了全新的变化。将量子密码应用于量子通信系统中,就成了量子保密通信。随着量子通信技术的产业化和广域量子通信网络的实现,用不了太多时日,作为保障信息社会通信安全的关键技术,量子保密通信将会走向大规模应用——例如,广泛应用于政治、经济、科技、军事、外交、金融等众多安全保障要求高的重要领域,为信息化社会提供基础的保密服务和最可靠的安全保障。

可消除通信延迟现象

除了安全保密外,“神速”也是量子通信的另一大优势。传统通信的算法基础是0或1的状态,而量子通信则是量子单元,不仅含有0或1,而且还有0和1共同存在的状态,所有单元可同时完成逻辑运算,借助这种并行处理能力可以同时完成多重任务。量子计算机的这一特性,注定了量子通信的速度将比现在的通信速度大大提高。如,4G网络延迟时间为50毫秒,无线电信号从火星传到地球延迟时间为十几分钟,距离越远延迟时间越长,如果采用量子通信技术,就可消除延迟现象,实现即时通信。今后,人与人之间的交流不会只限于各大洲之间,而可能需要跨越星系,量子通信即时沟通的优势将大有用武之地。

显而易见,量子特性在信息领域中有其独特的功用,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量等方面将突破现有信息系统的极限。也就是说,量子通信可以从根本上杜绝窃密,确保信息安全,同时还能够极大地提高信息处理速度。量子通信大规模推广应用后,“量子互联网”将顺理成章取代如今的互联网。

责任编辑:蔡畅校对:杨雪最后修改:
0

精选专题

领航新时代

精选文章

精选视频

精选图片

微信公众平台:搜索“宣讲家”或扫描下面的二维码:
宣讲家微信公众平台
您也可以通过点击图标来访问官方微博或下载手机客户端:
微博
微博
客户端
客户端