量子通信：永遠(yuǎn)解不開的密碼

把密鑰扔遠(yuǎn)，再扔遠(yuǎn)

　　量子密鑰的創(chuàng)意無懈可擊，但目前還不能投入大規(guī)模應(yīng)用，原因是很難讓一對(duì)糾纏粒子在長(zhǎng)距離上保持穩(wěn)定。在幾米內(nèi)有效的密鑰，在幾公里外就失真，然后消逝在虛空中了。因此超長(zhǎng)距離的量子通信，似乎還停留在理論階段。但在韓教授看來，這并不意味著研究人員的進(jìn)展緩慢。事實(shí)上，近年來，中國(guó)科學(xué)家一直在刷新量子傳輸?shù)木嚯x紀(jì)錄。

　　根據(jù)上個(gè)月的最新消息，中科大的研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)讓糾纏態(tài)的高能光子對(duì)穿過10英里長(zhǎng)的自由空間通道。這一距離是目前國(guó)際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠(yuǎn)距離，也是目前國(guó)際上沒有竊聽漏洞的量子密鑰分發(fā)的最大距離。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)距離上接收端的光子，仍能響應(yīng)留在后方的光子狀態(tài)變化。遠(yuǎn)距傳輸?shù)钠骄Ｕ娑葹?9%。這項(xiàng)突破意味著量子通信應(yīng)用擴(kuò)大到全球規(guī)模，也許不久就會(huì)到來。

　　同時(shí)，中科大的研究團(tuán)隊(duì)還首次證明了：糾纏光子在穿透等效于整個(gè)大氣層厚度的地面大氣后，其糾纏的特性仍然能夠保持，并可應(yīng)用于高效、安全的量子通信?？茖W(xué)家們正在計(jì)劃開展更遠(yuǎn)距離的量子通信實(shí)驗(yàn)，下一步的目標(biāo)是通過自由空間實(shí)現(xiàn)幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸?shù)臉O限。

　　可以想象，未來應(yīng)用了量子通信的戰(zhàn)場(chǎng)和商界，許多間諜工具和知識(shí)將逐漸消亡。

　　■ 相關(guān)鏈接

　　被媒體誤讀的“量子通信”

　　一些媒體解讀“量子通信”時(shí)，常常轉(zhuǎn)載使用了“超時(shí)空傳送”這個(gè)容易引起誤解的詞。的確，不論多遠(yuǎn)都能“互感”的量子糾纏，很容易讓人疑問：這是不是意味著，信息速度上限為光速這個(gè)原理失效了呢？

　　事實(shí)上，糾纏的兩個(gè)粒子盡管可以在很遠(yuǎn)的距離上一個(gè)影響另一個(gè)，但它們無法傳遞任何信息。以密鑰為例，當(dāng)雙方共享同一套密鑰時(shí)，并沒有發(fā)生信息的傳遞——雙方無法利用密鑰做任何事情，直到加密的文本傳來，密鑰才有意義——傳送加密文本的速度仍然不可能超過光速。相對(duì)論沒有失效。

　　量子通信和傳統(tǒng)通信的唯一區(qū)別在于，量子通信采用了一種新的密鑰生成方式，而且密鑰不可能被第三方獲取。量子通信并不神奇。

　　■ 延伸閱讀

　　量子密鑰：從防偽鈔創(chuàng)意到光纖通信

　　1970年代，哥倫比亞大學(xué)一位年輕學(xué)者提出了防范偽鈔的量子貨幣的概念。根據(jù)他的理論，量子貨幣無法復(fù)制，一旦被復(fù)制就會(huì)損壞。不久，他把自己的想法寫成論文投向一家專業(yè)性雜志。雜志編輯認(rèn)為是天方夜譚，作了退稿處理。

　　1980年代初，美國(guó)密碼專家彼尼特和一位加拿大密碼學(xué)家研究了這位年輕人的設(shè)想，發(fā)現(xiàn)由此可以建立量子密碼，隨后BB84量子密鑰方案問世。這也就是目前國(guó)際上使用最多的一種量子密鑰方案。他們的研究結(jié)果在實(shí)驗(yàn)上得到了證明。

　　但是，BB84方案在從實(shí)驗(yàn)室裝置應(yīng)用到光纖網(wǎng)絡(luò)的過程中，遇到了一個(gè)極大的難題——不穩(wěn)定。各種因素都可能破壞它的穩(wěn)定性，使傳輸碼常常變成亂碼。

　　為了解決穩(wěn)定性，同時(shí)保證信息安全，科學(xué)家做了大量努力。近年來，中國(guó)科技大學(xué)郭光燦教授的課題組的新方案，可保證單向光子的穩(wěn)定性和安全性，并已獲得國(guó)際專利。課題組使用這一方案，在2005年租用的一條從北京到天津125公里的光纖上試用，結(jié)果非常令人滿意。