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如何用通俗語言解釋什么是量子通信?

時間:2015-06-16 00:22 點擊:

首先,量子通信,有廣義和狹義,張強說的是廣義的定義,他是做這個的,這個定義沒有問題。

我估計題主問的是狹義的,也就是我們所說的量子保密通信,或者量子密鑰分配,我基于此理解作答。

狹義的量子通信希望解決的是通信的安全性問題。傳統(tǒng)上說,信息需要加密才能安全,加密的方式有很多,唯一被證明了是“絕對安全”的密碼體系,是所謂的一次一密。所謂的一次一密,就是要求用于加密的密鑰長度與被加密的明文長度相同。所以若要達到這種加密標(biāo)準(zhǔn),那么就要有很多很多的密鑰,而且密鑰要安全。

所以明確一下,量子保密通信干的事情并不是加密,而是把密鑰分配給需要保密通信的雙方,密文的發(fā)送仍然可以通過標(biāo)準(zhǔn)的通信手段來完成。明確了量子保密通信的任務(wù)之后,這個過程要保證的就是首先要能夠在A B兩人之間實現(xiàn)密鑰的分配,其次要保證分配的過程中不會使未授權(quán)的第三方得到密鑰的內(nèi)容。

上述任務(wù)的完成就是借助了量子力學(xué)的基本特性,簡單的說可以說基于量子態(tài)不可克隆原理和海森堡測不準(zhǔn)原理。

不可克隆說的是不存在量子態(tài)的復(fù)印機,能夠?qū)崿F(xiàn)量子態(tài)的完美復(fù)制(不完美是可以的)。

測不準(zhǔn)就是說你對量子態(tài)進行的測量很有可能改變它的狀態(tài)。比如原來是1,可能測完就變成0.5了。

有了以上兩個定理作為利器,我們就可以進行量子密鑰分配了。

假設(shè)A發(fā)給B一個態(tài),對于A是已知的,對于B是未知的。E想來看看A發(fā)的是什么(E是無授權(quán)的第三方),那么直接的辦法是我先把你的截下來,測量一下我就知道了,但是實際上是不行的。第一,E截取了也無法完美復(fù)制,于是只能做單次測量,(若能完美復(fù)制,E就能復(fù)制無窮多個去測量去,總能測清楚)。那E來做單次測量,單次測量量子態(tài)之后,A發(fā)送的原始態(tài)就變化了,B收到之后再問問A你發(fā)的是什么啊?B一測量,太變化了,那就有人竊聽了,我們分享的密鑰不安全了,這就是竊聽的發(fā)現(xiàn)。

保證安全性過程基本就是這樣,實際上要復(fù)雜很多,包括安全漏洞的來源和防護,包括大家在做的量子攻防,就是解決實際過程的安全性的。

簡單的說,一、量子密鑰分配不做通信,只分配密鑰;二、量子密鑰分配不主動防護竊聽,而是被動探測竊聽;三、量子密鑰分配需要常規(guī)通信,無法超光速(這點大家容易誤解);四、竊聽的探測基于量子力學(xué)的基本原理(不可克隆和測不準(zhǔn)),所以叫做量子密鑰分配。

現(xiàn)在,量子密鑰分配的研究很多針對實用化在做,機理上的深度研究比例不高,大家都在做應(yīng)用。

#海森堡rq,量子信息從業(yè)者

量子通信的特點是安全,簡而言之就是可以發(fā)現(xiàn)是否有竊聽者。最基本原理就是量子態(tài)不可克隆。比如我發(fā)一組信息給你,有人在竊聽,截取了這個消息。他如果不想暴露,就必須復(fù)制一模一樣的數(shù)據(jù)給你,但根據(jù)量子態(tài)不可克隆原理,他發(fā)出來的信息大部分都是錯的。當(dāng)你接受到數(shù)據(jù)之后,我和你會公布一小部分?jǐn)?shù)據(jù),看看是否一致,如果錯誤率較高則證明有竊聽者。量子通信的數(shù)據(jù)載體是經(jīng)過偏振編碼的光,基本的通信協(xié)議是bb84編碼。希望這個回答讓你滿意


(責(zé)任編輯:陳曉亮)

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