量子通信，永不陷落的安全堡垒？
南方日报驻京记者王诗堃策划统筹张志超
近日，我国首颗量子科学实验卫星已完成总装，将于7月择机发射。另外，今年下半年，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网即将建成。这意味着，一个天地一体化的量子通信网络已有雏形，在量子通信领域的技术储备乃至产业化进程上，中国科研力量走在世界前列。
建设中的量子通信网络并非科幻小说中的“超光速通信”或者“瞬间移动”。本质上，中国科学家们构建的量子通信网络，就是给传统通信方式加上量子密钥，“给数据挂上一把牢不可破的锁”。
量子保密通信“京沪干线”项目工程总师、中国科学技术大学教授陈宇翱介绍，未来用户或许能选择提供量子密钥服务的通信运营商、银行、互联网公司，以个人身份使用这种“无条件安全”级别的信息传输，而“量子卫星”则能够发挥中转站的作用，帮我们实现更远距离的量子保密通信，构建天地一体化量子通信体系。
5月25日，在中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心内的量子模拟实验室，工作人员正在调试超冷原子光晶格平台的激光伺服系统。新华社发
1.“鬼魅般的超距作用”
量子通信的理论来源是量子力学。20世纪早期，普朗克、海森堡等物理学家提出并丰富了量子相关理论，由此诞生了现代物理学的重要理论基础——量子力学。
在经典物理学中，可以用质点的坐标和动量精确地描述量子的运动。同时知道了加速度，甚至可以预测质点接下来任意时刻的位置和动量，从而描绘出轨迹。但在微观物理学中，一个粒子不可能同时具有确定的位置和动量，因而也就不能用轨迹来描述粒子的运动。这即是海森堡提出的“不确定性原理”。
一开始，不少学者并不能接受该理论，爱因斯坦直言“上帝不掷骰子”。年，爱因斯坦（Einstein）、波多尔斯基（Podolsky）、罗森（Rosen）设计了一个思想实验，试图证明量子力学的错误。后人用他们姓氏的首字母合称为EPR悖论。
中国科学技术大学副研究员袁岚峰讲解了这个实验：爱因斯坦设计了两个相互纠缠的粒子，它们的某个性质（如电子的自旋角动量、光子的偏振）相加等于零，而单个粒子的该性质不确定。然后你把这两个粒子在空间上分开很远，然后测量粒子A的性质，假设你测得A是“上”，若量子力学成立，那么你就立刻知道了B现在是“下”。
“问题是，既然A和B已经离得非常远了，B是怎么知道A发生了变化，然后发生相应的变化的？爱因斯坦等认为A和B之间出现了‘鬼魅般的超距作用’，信息传递的速度超过光速，违反相对论。所以，爱因斯坦认为量子力学肯定有错误。”袁岚峰解读道。
但事实上，随着科技的进步，年，法国物理学家艾斯佩特（AlainAspect）成功完成了EPR实验，符合量子力学的预言，微观粒子之间的确存在着“量子纠缠”的关系。袁岚峰介绍，该实验结果否定的只是爱因斯坦对量子力学的理解方式，但并不违反相对论，因为这里没有信息传递。
在物理学家不断增加对量子力学认知的同时，密码学家也意识到，利用量子的特性，人类有可能发展出一种永不陷落的安全体系。20世纪60年代末，美国哥伦比亚大学研究生斯蒂芬·威斯纳（StephenWiesner）提出了在今天看来仍十分超前的量子货币概念。
量子货币的理论基础是“海森堡不确定性原理”及其推论“不可克隆定理”。用通俗的话解释，就是在钞票上放置“囚禁”光子的装置，通过检测光子的偏振方向来验证钞票真伪。可惜威斯纳的想法过于超前，多家学术期刊拒绝了他的论文。但威斯纳的大学同学，在IBM公司托马斯·J·梅森实验室工作的查尔斯·本内特（CharlesBennett）很欣赏这一设计，并在此基础上，于年提出了利用光子偏振态编码传送密钥信息的量子密钥分发协议——BB84协议。自此，量子密码开始受到学术界的高度北京看白癜风哪里医院效果最好北京看白癜风最好医院在哪
转载请注明地址:http://www.cqzhduo.com/xzrbls/19218.html
