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量子通信
發布時間:2013-11-22 14:02:45 點擊瀏覽:
 廣義地說,量子通信是指把量子態從一個地方傳送到另一個地方,它的內容包含量子隱形傳態,量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說,我們談到量子通信時,實際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信。
   量子態隱形傳輸一直是學術界和公眾的關注焦點。其基本思想是:將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分,它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。經典信息是發送者對原物進行某種測量而獲得的,量子信息是發送者在測量中未提取的其余信息;而量子通道是指可以保持量子態的量子特性的傳輸通道。(比如說,保偏光纖對于光子的量子偏振態就是一種量子通道。但在隱形傳態中,量子通道的角色是由雙方共享的量子糾纏態擔任的。)接收者在獲得這兩種信息后,就可以制備出原物量子態的完全復制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態,而不是原物本身。發送者甚至可以對這個量子態一無所知,而接收者是將別的粒子處于原物的量子態上。
   當隱形傳輸的量子態是一個糾纏態時,隱形傳輸就變成了量子糾纏交換。利用糾纏交換,可以將兩個原本毫無聯系的粒子糾纏起來,在它們之間建立量子關聯。關于糾纏和量子關聯這些概念,我們將在后面介紹。
隱形傳態和糾纏交換可以把物體的量子信息在瞬間精確無誤地傳送到遙遠的地方,這看起來很像科幻電影中的瞬時傳送,或者電子游戲中的傳送門之類的神奇功能。當然,在我們能夠把生命完全分解成量子信息和經典信息,并建立足夠多的糾纏資源之前,傳送門還只是個美好的幻想。不過,隱形傳態和糾纏交換并不僅僅是一個用來憧憬美好幻想的奇妙現象,利用它們可以實現超遠距離的量子密鑰分配,為全球范圍的通信加上一把安全的“量子鎖”。
   現在,實用的量子通信技術都基于量子密鑰分配(Quantum Key Distribution),也就是說僅使用量子態產生經典密鑰,需要傳遞的經典信息則根據這個密鑰由經典的私鑰加密系統加密。量子通信的安全性保障了密鑰的安全性,從而保證加密后的信息是安全的。不用量子通信的方式傳遞全部經典信息的原因是:在目前和可以預見的未來,這樣做的成本都太昂貴,并且可能反而效率低下、不夠安全。因此,人們決定只利用量子通信來產生密鑰,以便提高效率。量子密鑰分配還有一個好處——不需要大面積地改造現有的通信設備和線路。
   量子密鑰分配突破了傳統加密方法的束縛,以量子狀態作為密鑰具有不可復制性,具有理論上的“無條件安全性”。任何截獲或測試量子密鑰的操作,都會改變量子狀態。這樣,截獲者得到的只是無意義的信息,而信息的合法接收者也可以從量子態的改變,知道密鑰曾被截取過。最重要的是,與經典的公鑰密碼體系不同,即使實用的量子計算機出現甚至得到普及,量子密鑰分配仍是安全的。
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