安全高效的量子通信，離我們又近了一步

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，團(tuán)隊成員與奧地利學(xué)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(jìn)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(chǔ)。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(lǐng)域中，某些物理量的轉(zhuǎn)變是以最小的單位跳躍式地進(jìn)行的，而不是連續(xù)的，這個最小的單位叫做量子。量子力學(xué)是解釋微觀物質(zhì)運(yùn)動現(xiàn)象的科學(xué)，也就是解釋物質(zhì)粒子運(yùn)動現(xiàn)象的科學(xué)。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(xué)的完備性時提出了量子糾纏。在量子力學(xué)中，相互糾纏的粒子之間存在關(guān)聯(lián)——無論它們相距多遠(yuǎn)，當(dāng)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(yīng)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(dāng)他們拋出骰子時，必定會得到相同的點(diǎn)數(shù)。這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“遙遠(yuǎn)地點(diǎn)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(xué)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)(Quantum Key Distribution,QKD)的量子保密通信、量子間接通信（是對量子力學(xué)的糾纏特性的應(yīng)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(yīng)用。

三、量子通信的特點(diǎn)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(fù)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(zhǔn)確測量獲得量子態(tài)的信息，即使在得知編碼基后進(jìn)行測量，竊聽者也無法復(fù)制一份量子態(tài)，必然導(dǎo)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(shù)的價值

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)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(lǐng)域，有著極高的應(yīng)用價值和前景。以金融機(jī)構(gòu)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(yùn)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(shù)則能夠保障金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。?jù)了解，已有部分銀行等金融機(jī)構(gòu)參與了量子通信的改造。相信在未來，隨著技術(shù)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(hù)航，《竊聽風(fēng)云》恐怕難出續(xù)集。

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