雖然以前的通信方式和量子通信都是使用激光,但是使用的方式、其中的科學(xué)道理和測量的儀器都是完全不一樣的,怎么能叫量子通信的本質(zhì)就是激光通信呢。量子通信是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式,它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實(shí)現(xiàn)保密通信過程,由于量子密鑰分發(fā)是唯一接近實(shí)用的技術(shù),所以現(xiàn)在所謂的量子通信一般指的就是量子密鑰分發(fā)。
1、量子通信的意義是什么?
2016年8月16日,世界上第一顆量子通訊衛(wèi)星‘’墨子‘’號(hào)在中國酒泉發(fā)射成功,它首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面的量子通信,它也是世界上首個(gè)實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)的衛(wèi)星!所謂的‘’量子糾纏‘’:兩個(gè)量子無論相距多遠(yuǎn),只要一個(gè)發(fā)生變化,另外一個(gè)隨之瞬間變化,不受四維時(shí)空的約束;量子通信就是利用單個(gè)光量子不可分割、量子態(tài)也不可復(fù)制的特性保證信息不能被破解;量子通信的雙方以量子態(tài)作為信息載體建立通信密鑰。
而這個(gè)密鑰是隨機(jī)的,任何宏觀的觀察、打擾(計(jì)算、竊聽),試圖截獲、測量量子密鑰的做法都會(huì)改變量子態(tài),傳輸?shù)男畔⒘⒓幢黄茐?,成為無效信息!最牛的是,信息的接受者從量子態(tài)的改變立即可以得知密鑰是否被截獲,另外,量子通信攜帶信息量比無線電通信更加豐富:光量子的一次傳輸,相當(dāng)于無線電通信方式的128次!況且,它不受任何障礙隔斷、不受電子輻射污染、不受通信媒介限制、不受空間環(huán)境影響,所有的無線電探測系統(tǒng)對(duì)它無法探測——以現(xiàn)有的竊聽、干擾技術(shù)無法對(duì)量子通信造成任何影響!2017年9月,世界首條千公里級(jí)量子保密通信干線‘’京滬干線‘’開通,它連接北京、上海、濟(jì)南、合肥2000多公里的骨干網(wǎng)絡(luò)——利用‘’墨子‘’號(hào)、京滬干線,北京、維也納實(shí)現(xiàn)了人類首次洲際量子通信——這是覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的開端!也是全球首個(gè)空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)!量子通信網(wǎng)絡(luò)充分滿足金融、政府、國防、征信、信息安全等領(lǐng)域的需求——西方國家立即提出‘’分享‘’量子通信技術(shù)的要求,它們非常了解量子通信的前瞻性和國防重要性!不過,量子通信的空地技術(shù)是中國獨(dú)家專利技術(shù),根本不可能與西方餓狼們分享。
2、量子通信是什么原理?
張三想給女友發(fā)送一條信息:LOVE,為了信息保密,他引入了密鑰: 1 2 3 4,就是把每個(gè)明文中字母按照字母表順序向后錯(cuò)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè),得到:MQYI。女友得到MQYI信息后反推-1-2-3-4就得到了LOVE,這就是密碼學(xué)中的對(duì)稱加密算法??偨Y(jié):LOVE就是明文, 1 2 3 4就是密鑰,MQYI就是密文,對(duì)稱加密算法就是加密方式,這就是基本信息通信原理,
數(shù)學(xué)家香農(nóng)經(jīng)過計(jì)算得出一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)果:如果密鑰等于或大于明文的隨機(jī)字符串,并且每次通信都更換密鑰,那么即使黑客獲知了密文和加密算法也無法倒推得到明文。所以任何通信安全的本質(zhì)就是密鑰的安全配送,如果通過經(jīng)典通信方式傳送密鑰就會(huì)有被竊聽的風(fēng)險(xiǎn)。因此量子通信可以做到在不發(fā)送密鑰的情況下,對(duì)方也能得到密鑰,量子通信能超過光速嗎?答案是目前科學(xué)理論還不能支持,更不能做到。
量子通信一般包括量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)等,由于量子密鑰分發(fā)是唯一接近實(shí)用的技術(shù),所以現(xiàn)在所謂的量子通信一般指的就是量子密鑰分發(fā)。量子密鑰分發(fā)是通過一系列操作使得通信雙方不需要配送密鑰,就能擁有相同的字符串左右通信密鑰,量子密鑰分發(fā)現(xiàn)階段并未使用量子糾纏,絕大多數(shù)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)都是采用了單量子方案,因?yàn)檎嬲梢援a(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的是對(duì)單量子疊加態(tài)的測量。
通過線偏振方法去測量一個(gè)未被測量過的光子,有50%可能是水平偏振,還有50%可能是豎直偏振,同理用圓偏振方法測量,有50%可能是左旋,還有50%可能是右旋。現(xiàn)在假設(shè)有一個(gè)光子,我們用線偏振方法測量,假設(shè)得到水平偏振結(jié)果,然后我們一直對(duì)這個(gè)光子進(jìn)行線偏振測量,那么這個(gè)光子測的結(jié)果永遠(yuǎn)都是水平偏振,但此時(shí)我們改用圓偏振方法測量,那么它就會(huì)有兩種可能結(jié)果,要么是左旋,要么是右旋。