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517世界电信日这天,我们来聊聊颠覆性技术量子通信为何能实现“绝对保密”
来源:科普中国 作者: 时间:2023年05月17日  11:15

今天,是第55个世界电信日。

1969年,国际电信联盟第二十四届行政理事会通过决议,将5月17日定为“世界电信日”。

随着通信技术的不断发展,在给人们带来了极大便利的同时,也存在很多信息安全隐患。越来越多的企业与个人开始关注与自身相关的信息是否安全,以及正常的通信活动是否会出现信息丢失和被窃取的情况。量子通信主要就是解决通信安全性问题。

媒体报道,今年3月,中国科学技术大学潘建伟院士、徐飞虎教授等人,开发出高速高保真度集成光子学量子态调控、高计数率超导单光子探测等关键技术,实现百兆比特率的实时量子密钥分发,将国际成码率纪录提升一个数量级,对未来量子通信的大规模应用具有重要意义。3月14日国际著名学术期刊《自然·光子学》发表了该成果。

在517这天,我们聊聊量子通信的“绝对保密”。

什么是量子、量子通信和量子密钥

首先需要了解几个基础概念。

量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称,是能量的最基本携带者。

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本单元,是能量的最基本携带者。它是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。可以说,整个世界都是由量子组成的。比如,日常生活中的光,就由大量光量子组成。

量子通信是量子信息学的一个重要分支,它利用量子力学原理对量子态进行操控,在两个地点之间进行信息交互,可以完成经典通信所不能完成的任务。它有两种最典型的应用,一种是量子密钥分发,另一种是量子隐形传态。量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患,也是迄今为止唯一被严格证明是原理上无条件安全的通信方式。

量子密钥分发是通过对光量子态的传输和测量,产生不可截获不可篡改,完全具备量子随机性的量子密钥。密钥的呈现形式为二进制比特,可以为各类数据通信建立牢不可破的加密,即量子加密通信。

量子技术为何保密性高

量子技术加密可以利用物理规律来保障信息的唯一性,这种技术是本质性的,是瞬时完成的,在理论上不可破解。在量子信息中,有一条很基本的定理叫作“量子不可克隆定理”,它可以保证量子比特无法被精确复制。

在以往的通信方式中,就算寄件人粘好信封,滴蜡盖上火印,也防不住有人拆开、读完再复原;而用电磁波传递一个秘密时,“音量”再低,也防不住精细的窃听。最终,可以设法将“音量”调低到如此程度:信息微弱到了极限——量子级别,而处于量子态的粒子具有“自我毁灭”的特性,任何间谍去测量都会破坏它,再小心的读取都会彻底改变它,而不可能只改变一点点,同时,拷贝也会破坏信息,并让使用者知晓,也是这一特性让它很适合做“保密工具”。

利用这个特性,量子通信也就保证了安全。

量子通信未来会不会取代传统通信

专家张文卓介绍:“实际上,量子通信的目标并不是要把传统的数字通信给取代掉。比如量子密钥分发,它本身是为了让传统的数字通信变得更安全,并不能独立存在。而量子隐形传态则完全取决于量子计算机的发展。只有未来所有的经典计算机都被量子计算机取代了,才完全会用这种通信方式。但问题是,量子计算机和传统计算机就好比核武器和常规武器,是不可能完全取代彼此的。未来应该是量子通信和传统通信一起构建天地一体化通信网络。”

随着量子信息研究深化应用,也许能在不远的将来,量子通信技术将如同手机、电脑一般,走入寻常百姓家。

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