量子力学,为什么说无法传递信息的量子通信绝对安全

2022年06月24日19:26:19 科学 1389

并不能直接传递信息的量子通信,到底有什么用呢?最基本的逻辑,其实就是无论相距多远,测量其中的一个就能瞬间确定另外一个,逻辑上来说,我们就可以把一对相互纠缠的光子,表现出来的向上偏振和向下偏振对应转换为“0”和“1”

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而一大串的“0”“1”组成的字符就可以表示任何信息了,这不就可以超远距离,超光速的传递信息了吗?比如说两个相互纠缠的光子相距非常远,但是从一边测量偏振向上比如就代表“0”,那就知道另一边就是偏振向下就代表“1”,也可以理解成超远距离超光速的给另一边发送一个“1”


➡️量子通信“纠错”的过程


但是关键的问题是“量子叠加态”是完全随机的,从根本原理上无法去决定给另一边发送的是“0”还是“1”,如果发送“0011”代表一个信息,结果随机显示出来的,比如说是1010011……

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那就相当于另一边收到了一堆乱码,不代表任何信息,我只能根据观测到的随机结果,然后再告诉另一边把2,4,6,7挑出来才对。


然后另一边一调整,清晰准确的信息便显示出来了,但是这个纠错的过程无论是打电话还是发邮件都还是需要传统的信息渠道来沟通,所以整个过程还是无法超光速。


➡️量子通信无法直接传递信息还是离不开传统的信息渠道,所以这是多此一举吗?

这样还不如直接打电话告诉另一边信息是什么,量子通信不能直接传递信息那还有什么用途呢,这可能就是对于量子通信本身的误解了,

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量子通信本来就不是通过量子来直接传递信息的,而是利用量子态的一些基本原理来做别的事情

比如说给信息加密理论上都无法被破解,一份非常重要的机密文件需要密码才能打开,而这个密码,无论是打电话还是发邮件中途都有可能被截获,而量子通信就一定更安全。

比如向另一方传递一大串“1010011010011”,再打电话告诉他们把其中1,3,5,7,9之类的挑出来就是密码,而这个电话就算被窃听了也没关系,因为窃听者无法知道1,3,5,7,9对应的是什么,而且就算本来要发送给另一边的光子中途被拦截也没有关系,那就说明另一边没有收到这一串字符。也就不会有后来的电话告知密码了。

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除非拦截者又发送了一些“假光子”给另一边,这一边确实发送了另一边也确实收到了,不过也没有关系,如果是真的那应该是和这一边纠缠的,如果是假的就是和别人纠缠的,我们先随机挑一些出来用贝尔不等式验证一下就可以知道是真是假了。


➡️量子通信能不能被破解?

量子通信无法被窃听非常安全,那就直接想办法破解,比如二战时期,德国设计了恩尼格玛机,本来以为这种密码牢不可破可还是被图灵给破解了,这甚至直接影响了战争的结果

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又或者是现在相对来说非常安全的RSA加密系统,我们用到的网络交易基本上都是用这种加密方式,但是理论上来说只要计算机的算力够强,比如量子计算机也是可以被破解的,想要确保信息的足够安全可能就需要完全随机的一次性密码,而这就用到了量子通信。

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简单来说就是我们各自收到一大串的“0”“1”,然后先验证有没有被窃听,再随机挑选其中的一些字符用来加密,而另一方也用这种方式来解密,而且下一次就不再用了再重新发送重新验证随机选择,所以量子通信从各个方面来说都是安全的,从逻辑上,理论上都无法被窃听无法被破解。


➡️量子通信的应用的现状


目前量子通信是可以直接实际应用的最直接的领域了,不过,现在的量子密钥分发基本上很少用到真正的量子纠缠,只是当光子的激光通信,使用的原理是1984年做出的BB84协议通过变换几个不同的角度测量光子的水平,偏振垂直偏振来实现的。

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我们国家的墨子号卫星主要就是用来做量子通信实验的,目前来说是全球相当领先的水平,虽然目前来看,量子通信能够立刻实际应用的领域还很少,不过未来又有谁知道呢,没准在某个现在完全意想不到的领域,将来会有非常广阔的应用。相信我们国家也有这个实力和能力去点亮不同的科技树,能拥有一些全球非常领先的技术。

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