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量子通信的“矛”与“盾”之争

2015-03-25  来源:新财富  作者:

作为绝对保密安全的通信措施,量子通信的作用不仅在于提供新的信息传输方式,更重要的意义在于防范尚在研制中的量子计算机。欧美走在了具有进攻性的量子计算领域前列,而中国则在防御性质的量子通信上处于第一梯队。未来谁将率先实现技术的完全突破?

量子力学和相对论被称为现代物理最基本的两大支柱,尽管量子理论十分高深,但人们还是在应用上取得了不错的进展。从计算机到洗衣机,从移动电话到核武器,日常生活的种种都与高大上的量子力学有着千丝万缕的关联,可以说量子力学推动和造就了现代社会。

量子通信,是最新令人心醉神迷的应用之一。2013年6月1日,世界顶尖科学刊物《自然》子刊《光子学》以封面论文的形式,刊登了由中国科学技术大学和清华大学联合小组完成的一项实验结果:在八达岭和16公里之外的张家口市怀来县之间,成功实现了自由空间的量子态隐形传输。2015年2月,中国工商银行宣布成功应用量子通信技术,实现了该行北京分行电子档案信息在同城间的加密传输。

神奇的量子纠缠效应

即使在物理界,量子理论也是一场“不情愿的革命”。“第一次听说量子理论而没有被吓呆的人,是不可能理解这个理论的”,1922年诺贝尔物理学奖得主玻尔(Niels Bohr)如此说道。

量子被认为不可再分,是最小的能量单位。在量子世界里,存在一种奇妙的量子“纠缠”运动状态。共同来源的两个量子,当其中一个状态发生变化时,另一个无论距离有多远,也会发生相应的变化。通俗点来说,它们彼此间存在“心灵感应”。利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通信方式,即量子通信。

量子的另一神奇之处在于“观测”会干扰它的状态,借用那个著名的“薛定谔的猫”比喻,在开启盒子的那一瞬间,猫的状态还是既生又死,不生不死(宏观上让人完全无法接受的状态),只有开启了盒子,当你观测这只猫时,它的状态才会塌陷成生或死,这使得科学家们得以构建量子密码的概念。此外,量子态还具备不可克隆的性质,一个量子信息不能克隆成两个一模一样的量子信息。

这些奇妙的量子特性,使得量子通信被认为是绝对安全的通讯手段。当窃听者试图拦截或者复制量子比特携带的信息时,量子的状态已经发生了变化。这种不可破解、瞬间传递的通信手段无疑将给军事通信、政府保密通信等带来颠覆性的革命。在军政用途之外,民用领域也充满了可能,其既可应用于金融机构的隐匿通信等工程,也可用于对电网、煤气管网、自来水网等重要能源供给和民生网络基础设施的监视和通信保障。根据兴业证券研究所的测算,此领域市场空间将超过千亿元。

量子通信PK量子计算机

现代通讯已足够发达,量子通信之所以受到格外重视,更重要的作用是防范也尚处于概念中的“量子计算机”。

量子通信和量子计算是量子理论应用中目前最为前沿和热闹的领域,《科学》和《自然》杂志近年来几乎每个月都有一篇文章出自这两个概念。早在上个世纪,科学家们就已经开始设想,用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,从而大幅度减少运算时间。

现代银行通讯的加密方式一般基于大数分解,它们之所以安全,是因为利用传统计算机来破解密钥需要上百万年。如对一个500位的阿拉伯数字进行因子分解,目前最快的超级计算机将耗时上百亿年,而理论上,量子计算机却只需花费大约几分钟。

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