[科普中國]-量子通信

近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊成員與奧地利學者合作，首次實現(xiàn)了高保真度32維量子糾纏態(tài)。該研究創(chuàng)造了世界最高水平，為進一步實現(xiàn)各種高維量子信息過程以及研究高維系統(tǒng)的量子物理基本問題打下重要基礎。對于大多數(shù)人而言，量子糾纏和量子通信可能都是比較陌生的概念。那么它們究竟是什么？又會給我們的生活帶來怎樣的影響呢？

一、何為“量子糾纏”？

在微觀領域中，某些物理量的轉(zhuǎn)變是以最小的單位跳躍式地進行的，而不是連續(xù)的，這個最小的單位叫做量子。量子力學是解釋微觀物質(zhì)運動現(xiàn)象的科學，也就是解釋物質(zhì)粒子運動現(xiàn)象的科學。1935年，薛定諤及愛因斯坦、波多爾斯基、羅森在質(zhì)疑量子力學的完備性時提出了量子糾纏。在量子力學中，相互糾纏的粒子之間存在關聯(lián)——無論它們相距多遠，當其中一個粒子發(fā)生改變時，另一個也必然會改變，或者說其中一個經(jīng)過測量坍縮，另一個也必然坍縮到對應的量子態(tài)上——就好比兩人在兩地各執(zhí)一枚骰子，如果這兩枚骰子處于糾纏態(tài)，當他們拋出骰子時，必定會得到相同的點數(shù)。這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“遙遠地點之間的詭異互動”。

二、量子通信是什么？

量子通信是基于量子力學的基本原理與特性的一種創(chuàng)新的通信方法。目前量子通信主要有三種形式：基于量子密鑰分發(fā)(QuantumKey Distribution,QKD)的量子保密通信、量子間接通信（是對量子力學的糾纏特性的應用）和量子安全直接通信。其中基于QKD的量子保密通信發(fā)展最快，且已獲得實際應用。

**三、**量子通信的特點和優(yōu)勢

量子通信具有極高的安全性和傳輸?shù)母咝?。傳統(tǒng)加密手段通常依賴計算復雜度，而量子保密通信的安全性由量子原理來保證。以基于QKD的量子保密通信為例，竊聽者在不知道發(fā)送方編碼基的情況下無法準確測量獲得量子態(tài)的信息，即使在得知編碼基后進行測量，竊聽者也無法復制一份量子態(tài)，必然導致明顯的誤碼，使得通信雙方能夠察覺出被竊聽。同時，量子態(tài)可攜帶非常豐富的信息，所以相對于經(jīng)典方法，量子通信在傳輸、存儲、處理等方面也都更為高效。

四、量子通信技術的價值

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡安全威脅日益加劇，因此安全的量子通信得到了廣泛重視。量子通信不僅可用于軍事、國防等領域的國家級保密通信，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)和票據(jù)的電信、保險、銀行等領域，有著極高的應用價值和前景。以金融機構為例，雖然能做到端到端的加密，但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要存儲在租用的運營商線路上，傳輸過程中的數(shù)據(jù)有可能被半路竊取或者暴力破解。而量子加密技術則能夠保障金融機構數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。?jù)了解，已有部分銀行等金融機構參與了量子通信的改造。相信在未來，隨著技術的逐步成熟，無論是國家安全還是我們每個人的隱私都將得到量子通信的保駕護航，《竊聽風云》恐怕難出續(xù)集。

參考資料：

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