今天,小編要和大家聊的是“量子通信”。
“量子通信”這個(gè)專(zhuān)題,解析難度真心有點(diǎn)大。。。
因?yàn)樗婕暗搅孔诱摗?a target="_blank">信息論這樣的燒腦理論,還關(guān)聯(lián)了密碼學(xué)、編碼學(xué)等一堆看著都要繞著走的復(fù)雜學(xué)科。
很多概念,光是看名字,都讓人瑟瑟發(fā)抖——
可是,量子通信這幾年發(fā)展非常迅速,頻頻在各大媒體中亮相,吸引了廣泛的關(guān)注。
關(guān)注之余,大家對(duì)它充滿了好奇和疑問(wèn),渴望對(duì)它有更深入的了解。
所以,盡管難度很大,我還是決定努力給大家做一個(gè)關(guān)于量子通信的專(zhuān)題介紹,幫助大家建立對(duì)它的基本認(rèn)知。
好了,廢話說(shuō)了辣么多,我們開(kāi)始吧。
Part.1 什么是量子?
讓我們把穿越時(shí)空,回到十九世紀(jì)末。
那個(gè)時(shí)代,是經(jīng)典物理學(xué)的巔峰時(shí)代。以牛頓大神為代表的科學(xué)家們,在力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)方面取得了突飛猛進(jìn)的成就。
在世人看來(lái),整個(gè)科學(xué)體系似乎已經(jīng)搭建完成,無(wú)懈可擊。
但是,隨著時(shí)間的進(jìn)一步推移,科技發(fā)展又進(jìn)入了新的階段。大量高精尖實(shí)驗(yàn)儀器的問(wèn)世,幫助人們逐漸打開(kāi)了微觀世界的大門(mén)。
科學(xué)家們的研究對(duì)象,從低速物體逐漸變成了高速物體,再到音速、超音速、光速;從大型物體到小型物體,再到微觀物體。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)解釋?zhuān)踔梁蛡鹘y(tǒng)的理論認(rèn)知背道而馳。
最為代表的,是「邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)」和「黑體輻射」。
這兩個(gè)概念非常復(fù)雜,限于篇幅,我就不詳細(xì)解釋了。我們只需要知道,「邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)」后來(lái)催生了大名鼎鼎的“相對(duì)論”。而「黑體輻射」呢,催生了我們今天的主角——“量子論”。
1900年10月19日,為了解決黑體輻射的紫外災(zāi)難,普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告了關(guān)于黑體輻射的研究結(jié)果,成為量子論誕生和新物理學(xué)革命宣告開(kāi)始的偉大時(shí)刻。
在同年的12月14日(歷史上也把這天認(rèn)為是量子物理的誕生日),他發(fā)表了《關(guān)于正常光譜的能量分布定律》論文,得到一個(gè)重要結(jié)論:能量是由確定數(shù)目的、彼此相等的、有限的能量包構(gòu)成。
一個(gè)物理量存在最小的不可分割的基本單位,則這個(gè)物理量是量子化的,并把最小單位稱為量子。
“量子化”,指其物理量的數(shù)值是離散的,而不是連續(xù)地任意取值。
例如,光是由光子組成的,光子就是光量子,就是一種量子。
而光子,就不存在半個(gè)光子、三分之一個(gè)、0.18個(gè)光子這樣的說(shuō)法。
是不是有點(diǎn)暈?別急,我們總結(jié)一下:
量子一詞來(lái)自拉丁語(yǔ)quantum,意為“有多少”。
量子不是具體的實(shí)體粒子。
量子是能表現(xiàn)出某物理量特性的最小單元。
量子是能量動(dòng)量等物理量的最小單位。
量子是不可分割的。
不知道有沒(méi)有明白一些?我相信不少童鞋就已經(jīng)落荒而逃了。
沒(méi)明白也不用氣餒,非物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的童鞋,確實(shí)很難理解量子這個(gè)概念。敢于承認(rèn)自己不懂,也是很了不起的。
不管怎么樣,大家就先記住一點(diǎn)——光子就是一種量子。后面我們會(huì)用到這句話。
Part.2 量子知識(shí)體系的分類(lèi)
首先,我們先看一下量子信息的學(xué)科分類(lèi)。
量子信息結(jié)合了量子力學(xué)和信息科學(xué)的知識(shí),屬于兩者的交叉學(xué)科。
而量子信息又分為了量子計(jì)算和量子通信。大家經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的量子計(jì)算機(jī),就屬于量子計(jì)算,和我們今天介紹的量子通信有很大的區(qū)別。
量子通信,分為“量子密鑰分發(fā)”和“量子隱形傳態(tài)”。它們的性質(zhì)和原理是完全不同的。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),“量子密鑰分發(fā)”只是利用量子的不可克隆性,對(duì)信息進(jìn)行加密,屬于解決密鑰問(wèn)題。而“量子隱形傳態(tài)”是利用量子的糾纏態(tài),來(lái)傳輸量子比特。
接下來(lái),我們分別介紹一下它們。
Part.3 量子密鑰分發(fā)
▋ 3.1 密鑰的重要性
首先,我們先來(lái)看看一次正常的傳統(tǒng)加密通信是怎么實(shí)現(xiàn)的:
步驟1:A先寫(xiě)好明文。
步驟2:A通過(guò)加密算法和密鑰,對(duì)明文進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算,編制成密文。
步驟3:密文被傳遞給B。
步驟4:B通過(guò)解密算法(加密算法的逆運(yùn)算)和密鑰,進(jìn)行相應(yīng)的“逆運(yùn)算”,把密文翻譯還原成明文。
步驟5:B閱讀明文。
這種加密通信的關(guān)鍵要素,大家都看出來(lái)了,就是密鑰。
對(duì)于第三方來(lái)說(shuō),獲得密文非常容易——如果你用無(wú)線電傳輸密文,無(wú)線電是開(kāi)放的,對(duì)方很容易截獲。如果你用有線介質(zhì),通訊距離幾千公里,也很難保證每一處的安全。
以我們現(xiàn)在使用最多的光纖為例,它就很容易被竊取信息:
光纖彎曲竊聽(tīng)示意圖
(通過(guò)彎曲光纖,外泄部分光信號(hào),進(jìn)行竊聽(tīng))
所以,傳遞的信息,必須經(jīng)過(guò)加密,才能保證安全。而加密使用的密鑰,非常關(guān)鍵。
當(dāng)年二戰(zhàn),就是因?yàn)槊儡娖平饬巳哲姷拿荑€,結(jié)果將山本五十六的座機(jī)擊落。英軍也是因?yàn)榻柚鷪D靈的幫助,破解了德軍的密鑰,最終獲得戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
關(guān)于密鑰,最初人們使用的是密碼本,后來(lái)是密碼機(jī),再后來(lái)就是RSA等加密算法。
加密算法出現(xiàn)時(shí),因?yàn)槿撕蜋C(jī)器的算力有限,所以破解一個(gè)算法很慢,難度很大,時(shí)間很長(zhǎng)。
現(xiàn)在,有了計(jì)算機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī),算力越來(lái)越強(qiáng)大,破解算法的速度也越來(lái)越快——
RSA512算法在1999年就被破解;RSA768在2009年被破解;MD5和SHA-1兩大密算也已告破……
在這種情況下,沒(méi)有任何密鑰是絕對(duì)安全的。再?gòu)?fù)雜的算法,破解起來(lái)只是時(shí)間和資源的問(wèn)題。
那么,究竟怎么樣才能實(shí)現(xiàn)真正的絕對(duì)安全?
信息論創(chuàng)始人,通信科學(xué)的鼻祖,偉大的克勞德·香農(nóng)先生,總結(jié)提出了“無(wú)條件安全”的條件:
密鑰真隨機(jī)且“只使用一次”
與明文等長(zhǎng)且按位進(jìn)行二進(jìn)制異或操作
這樣的方法,理論上是不可破譯的,香農(nóng)對(duì)它進(jìn)行了嚴(yán)格的理論證明。
但它也有缺點(diǎn),就是需要大量的密鑰,而密鑰的更新和分配存在漏洞(存在被竊聽(tīng)的可能性)!
所以,不解決密鑰分發(fā)的問(wèn)題,就不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全。這也導(dǎo)致了在香農(nóng)發(fā)布了這一成果之后,根本沒(méi)有人能夠使用這種方式。
而量子密鑰分發(fā),就是為了解決這個(gè)問(wèn)題!
▋ 3.2 量子密鑰分發(fā)的工作原理
注意,前方高能預(yù)警!請(qǐng)務(wù)必跟上小編的思路!
1984年,IBM公司的研究人員Bennett和蒙特利爾大學(xué)的學(xué)者Brassard在印度召開(kāi)的一個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上提交了一篇論文《量子密碼學(xué):公鑰分發(fā)和拋幣》(Quantum cryptography:Public key distribution and coin tossing)。
他們提出了BB84協(xié)議。該協(xié)議把密碼以密鑰的形式分配給信息的收發(fā)雙方,因此也稱作“量子密鑰分發(fā)”。
具體的原理如下:
因?yàn)楣庾佑袃蓚€(gè)偏振方向,而且相互垂直。
所以,單光子源每次生成的單個(gè)光子,可以是這樣:
我們可以簡(jiǎn)單選取“水平垂直”或“對(duì)角”的測(cè)量方式(我們稱之為測(cè)量基),對(duì)單光子源產(chǎn)生的單光子進(jìn)行測(cè)量。
當(dāng)測(cè)量基和光子偏振方向一致,就可以得出結(jié)果(要么是1,要么是0);
當(dāng)測(cè)量基和光子偏振方向偏45°,就不能得出準(zhǔn)確的結(jié)果。
光子就會(huì)變化,偏振方向改變45°,那么就是1或0的概率各50%。
所以,兩種測(cè)量基,對(duì)不同偏振方向光子的測(cè)量結(jié)果歸納如下:
好了,原理就是這樣。
生成一組二進(jìn)制密鑰的過(guò)程如下:
(注意!下面所說(shuō)的過(guò)程,都是為了生成密鑰,不是在發(fā)送信息報(bào)文本身?。?/p>
發(fā)送方(我們先稱為A),首先隨機(jī)生成一組二進(jìn)制比特(所謂的經(jīng)典比特,0或1這種)。
例如:
A對(duì)每1個(gè)比特,隨機(jī)選擇測(cè)量基。
例如:
所以,發(fā)送的偏振光子分別是(見(jiàn)下圖中虛框):
接收方(我們先稱為B),收到這些光子之后,隨機(jī)選擇測(cè)量基進(jìn)行測(cè)量:
例如依次選擇以下測(cè)量基:
那么,測(cè)量結(jié)果如下(見(jiàn)虛線框內(nèi)):
A和B通過(guò)傳統(tǒng)方式(例如電話或QQ,不在乎被竊聽(tīng)),對(duì)比雙方的測(cè)量基。測(cè)量基相同的,該數(shù)據(jù)保留。測(cè)量基不同的,該數(shù)據(jù)拋棄。
保留下來(lái)的數(shù)據(jù),就是最終的密鑰。(下圖中,1001就是密鑰)
如果,存在一個(gè)竊取者(我們稱為C)。
如果C只竊聽(tīng)A和B對(duì)比測(cè)量基,那C會(huì)得到這樣的信息:
不同不同相同相同不同不同相同相同
這個(gè)對(duì)他來(lái)說(shuō),沒(méi)有任何意義。
C只能去測(cè)量A到B的光子。
注意!因?yàn)榱孔拥牟豢煽寺⌒裕珻沒(méi)有辦法復(fù)制光子。
C只能去搶在B之前進(jìn)行測(cè)量(劫聽(tīng))。
如果C測(cè)量,他也要隨機(jī)選擇自己的測(cè)量基。
那么,問(wèn)題來(lái)了,如果C去測(cè)量剛才那一組光子,他有一半的概率和A選擇一樣的測(cè)量基(光子偏振方向無(wú)影響),還有一半的概率,會(huì)導(dǎo)致光子改變偏振方向(偏45°)。
如果光子的偏振方向改變,那么B的測(cè)量準(zhǔn)確率肯定受影響:
沒(méi)有C的情況下,A和B之間采用相同測(cè)量基的概率是50%。
所以,A和B之間拿出一小部分測(cè)量結(jié)果出來(lái)對(duì)比,有50%相同。
有C的情況下,A和C之間采用相同測(cè)量基的概率是50%。B和C之間采用相同測(cè)量基的概率是50%。
所以,A和B之間拿出一小部分測(cè)量結(jié)果出來(lái)對(duì)比,有25%相同。
由此,可以判定一定有人在竊聽(tīng)。通信停止,當(dāng)前信息作廢。
對(duì)于單個(gè)比特來(lái)說(shuō),C有25%的概率不被發(fā)現(xiàn),但是現(xiàn)實(shí)情況絕對(duì)不止1個(gè)比特,肯定是N個(gè)數(shù)量級(jí)的比特,所以,C不被發(fā)現(xiàn)的概率就是25%的N次方。
稍微懂點(diǎn)數(shù)學(xué),就知道這個(gè)數(shù)值的恐怖:
25%的10次方:9.5367431640625e-7
25%的20次方:9.094947017729282379150390625e-13
……
也就是C不被發(fā)展的概率極低極低。
能理解了嗎?希望你跟上了思路,如果邏輯思維能力OK,這個(gè)過(guò)程應(yīng)該是不難理解的。
總而言之,量子密鑰分發(fā)(其實(shí)叫量子密鑰協(xié)商,更為準(zhǔn)確),使通訊雙方可以生成一串絕對(duì)保密的量子密鑰,用該密鑰給任何二進(jìn)制信息加密,都會(huì)使加密后的二進(jìn)制信息無(wú)法被解密,因此從根本上保證了傳輸信息過(guò)程的安全性。
▋ 量子密鑰分發(fā)的爭(zhēng)議
其實(shí),如果稍加思考,就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種密鑰分發(fā)方式存在一個(gè)問(wèn)題,那就是——
這個(gè)方式只能發(fā)現(xiàn)竊聽(tīng)者,不能保證通信的穩(wěn)定性!
你想,如果竊聽(tīng)者不停地竊聽(tīng),怎么辦?A和B雖然可以隨時(shí)察覺(jué)被竊聽(tīng),但是他們所能做的,就是停止通信啊。如果通信停止了,那通信的目的就達(dá)不到了啊。
所以,業(yè)內(nèi)對(duì)量子通信的爭(zhēng)議,很大一部分就在于此:
“如果竊聽(tīng)者消失了,那么任何密碼技術(shù)都是多余的?!?/p>
反對(duì)者的邏輯是:
如果烏龜躲在烏龜殼里面,它一伸出頭,鳥(niǎo)就啄它,那么它只能縮回去,它再伸,鳥(niǎo)再啄,它就永遠(yuǎn)沒(méi)機(jī)會(huì)吃東西,只能餓死。
支持者的邏輯是:
通信的保密性要大于消息的穩(wěn)定性。如果確認(rèn)不安全,那寧可不傳。
如果我和你說(shuō)話,我發(fā)現(xiàn)有人偷聽(tīng),那我就不說(shuō)。但是,正常情況下,我們不可能坐以待斃,我們肯定會(huì)派人去抓出竊聽(tīng)者(量子通信里,根據(jù)計(jì)算,很容易找到竊聽(tīng)點(diǎn))。
對(duì)方不可能明知道會(huì)被抓,還堅(jiān)持竊聽(tīng),再多的竊聽(tīng)者也不夠抓的。
“通信密鑰分發(fā)”方式的量子通信,就是擁有隨時(shí)發(fā)現(xiàn)竊聽(tīng)者的能力,給竊聽(tīng)者以震懾,以此保衛(wèi)自己的通信安全。
如果真的是對(duì)方魚(yú)死網(wǎng)破,全力阻止你通信,那么不僅是量子通信,任何通信模式都是無(wú)力抵御的(針對(duì)無(wú)線通信的信號(hào)干擾和壓制、針對(duì)有線通信進(jìn)行轟炸和破壞)。
世界上最可怕的,就是你的通信被竊聽(tīng)了,而你自己卻不知道。
難道不是嗎?
Part.4 量子隱形傳態(tài)
接下來(lái),我們來(lái)說(shuō)說(shuō)量子通信的另外一種方式——“量子隱形傳態(tài)”。
如果說(shuō),量子密鑰分發(fā)只是量子力學(xué)應(yīng)用于經(jīng)典通信的一個(gè)小應(yīng)用(加了把量子鎖),那量子隱形傳態(tài),就是“真正”的量子通信了。
解釋量子隱形傳態(tài)之前,我們必須先解釋兩個(gè)重要概念——“量子比特”和“量子糾纏”。
▋ 量子比特
我們目前進(jìn)行信息存儲(chǔ)和通信,使用的是經(jīng)典比特。
一個(gè)經(jīng)典比特在特定時(shí)刻只有特定的狀態(tài),要么0,要么1,所有的計(jì)算都按照經(jīng)典的物理學(xué)規(guī)律進(jìn)行。
但量子比特和經(jīng)典比特不同。
量子信息扎根于量子物理學(xué),一個(gè)量子比特(qubit)就是0和1的疊加態(tài)。
相比于一個(gè)經(jīng)典比特只有0和1兩個(gè)值,一個(gè)量子比特的值有無(wú)限個(gè)。直觀來(lái)看就是把0和1當(dāng)成兩個(gè)向量,一個(gè)量子比特可以是0和1這兩個(gè)向量的所有可能的組合。
表示量子比特的Bloch球
Bloch球的球面,代表了一個(gè)量子比特所有可能的取值。
但是需要指出的是:一個(gè)量子比特只含有零個(gè)經(jīng)典比特的信息。
因?yàn)橐粋€(gè)經(jīng)典比特是0或1,即兩個(gè)向量。而一個(gè)量子比特只是一個(gè)向量(0和1的向量合成)。就好比一個(gè)經(jīng)典比特只能取0,或者只能取1,它的信息量是零個(gè)經(jīng)典比特。
▋ 量子糾纏
量子力學(xué)中最神秘的就是疊加態(tài),而“量子糾纏”正是多粒子的一種疊加態(tài)。
一對(duì)具有量子糾纏態(tài)的粒子,即使相隔極遠(yuǎn),當(dāng)其中一個(gè)狀態(tài)改變時(shí),另一個(gè)狀態(tài)也會(huì)即刻發(fā)生相應(yīng)改變。
例如,糾纏態(tài)中有一種,無(wú)論兩個(gè)粒子相隔多遠(yuǎn),只要沒(méi)有外界干擾,當(dāng)A粒子處于0態(tài)時(shí),B粒子一定處于1態(tài);反之,當(dāng)A粒子處于1態(tài)時(shí),B粒子一定處于0態(tài)。
是不是想到了蟲(chóng)洞?
這種跨越空間的、瞬間影響雙方的“量子糾纏”,曾經(jīng)被愛(ài)因斯坦稱為“鬼魅的超距作用”(spooky actionat a distance)。
愛(ài)因斯坦以此來(lái)質(zhì)疑量子力學(xué)的完備性,因?yàn)檫@個(gè)超距作用違反了他提出的“定域性”原理,即任何空間上相互影響的速度都不能超過(guò)光速。這就是著名的“EPR佯謬”。
后來(lái),物理學(xué)家玻姆在愛(ài)因斯坦的“定域性”原理基礎(chǔ)上,提出了“隱變量理論”來(lái)解釋這種超距相互作用。
不久物理學(xué)家貝爾提出了一個(gè)不等式,可以來(lái)判定量子力學(xué)和隱變量理論誰(shuí)正確。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合貝爾不等式,則隱變量理論勝出。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果違反了貝爾不等式,則量子力學(xué)勝出。
但是后來(lái)一次次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都違反了貝爾不等式,即都證實(shí)了量子力學(xué)是對(duì)的,而隱變量理論是錯(cuò)的。
2015年,荷蘭物理學(xué)家做的最新的無(wú)漏洞貝爾不等式測(cè)量實(shí)驗(yàn),基本宣告了愛(ài)因斯坦定域性原理的死刑。
▋ 量子隱形傳態(tài)
理解了量子糾纏,我們就可以理解“量子隱形傳態(tài)”了。
由于量子糾纏是非局域的,即兩個(gè)糾纏的粒子無(wú)論相距多遠(yuǎn),測(cè)量其中一個(gè)的狀態(tài)必然能同時(shí)獲得另一個(gè)粒子的狀態(tài),這個(gè)“信息”的獲取是不受光速限制的。于是,物理學(xué)家自然想到了是否能把這種跨越空間的糾纏態(tài)用來(lái)進(jìn)行信息傳輸。
因此,基于量子糾纏態(tài)的量子通訊便應(yīng)運(yùn)而生,這種利用量子糾纏態(tài)的量子通訊就是“量子隱形傳態(tài)”(quantumteleportation)。
量子隱形傳態(tài)的過(guò)程(即傳輸協(xié)議)一般分如下幾步:
(1)制備一個(gè)糾纏粒子對(duì)。將粒子1發(fā)射到A點(diǎn),粒子2發(fā)送至B點(diǎn)。
(2)在A點(diǎn),另一個(gè)粒子3攜帶一個(gè)想要傳輸?shù)牧孔颖忍豎。于是A點(diǎn)的粒子1和B點(diǎn)的粒子2對(duì)于粒子3一起會(huì)形成一個(gè)總的態(tài)。在A點(diǎn)同時(shí)測(cè)量粒子1和粒子3,得到一個(gè)測(cè)量結(jié)果。這個(gè)測(cè)量會(huì)使粒子1和粒子2的糾纏態(tài)坍縮掉,但同時(shí)粒子1和和粒子3卻糾纏到了一起。
(3)A點(diǎn)的一方利用經(jīng)典信道(就是經(jīng)典通訊方式,如電話或短信等)把自己的測(cè)量結(jié)果告訴B點(diǎn)一方。
(4)B點(diǎn)的一方收到A點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果后,就知道了B點(diǎn)的粒子2處于哪個(gè)態(tài)。只要對(duì)粒子2稍做一個(gè)簡(jiǎn)單的操作,它就會(huì)變成粒子3在測(cè)量前的狀態(tài)。也就是粒子3攜帶的量子比特?zé)o損地從A點(diǎn)傳輸?shù)搅薆點(diǎn),而粒子3本身只留在A點(diǎn),并沒(méi)有到B點(diǎn)。
以上就是通過(guò)量子糾纏實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的方法,即通過(guò)量子糾纏把一個(gè)量子比特?zé)o損地從一個(gè)地點(diǎn)傳到另一個(gè)地點(diǎn),這也是量子通訊目前最主要的方式。
需要注意的是,由于步驟3是經(jīng)典信息傳輸而且不可忽略,因此它限制了整個(gè)量子隱形傳態(tài)的速度,使得量子隱形傳態(tài)的信息傳輸速度無(wú)法超過(guò)光速。
因?yàn)榱孔佑?jì)算需要直接處理量子比特,于是“量子隱形傳態(tài)”這種直接傳的量子比特傳輸將成為未來(lái)量子計(jì)算之間的量子通信方式,未來(lái)量子隱形傳態(tài)和量子計(jì)算機(jī)終端可以構(gòu)成純粹的量子信息傳輸和處理系統(tǒng),即量子互聯(lián)網(wǎng)。
這也將是未來(lái)量子信息時(shí)代最顯著的標(biāo)志。
注:上述過(guò)程描述文字直接引用了互聯(lián)網(wǎng)文章《獨(dú)家揭秘:量子通信如何做到“絕對(duì)安全”?》 (張文卓 中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院)
Part.5 量子通信的發(fā)展
好了,以上就是關(guān)于量子通信的理論知識(shí)。
接下來(lái),我們來(lái)說(shuō)說(shuō)量子通信在行業(yè)中的發(fā)展情況。
近年來(lái),量子通信技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,也引發(fā)了巨大的爭(zhēng)議。
先看看發(fā)展:
1993年,首次提出了量子通信(Quantum Teleportation)的概念。
1997年,首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。
2012年,首次成功實(shí)現(xiàn)了百公里量級(jí)的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。
2016年8月16日,世界第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”成功發(fā)射。
2017年7月13日,世界首個(gè)大型商用量子通信專(zhuān)網(wǎng)在濟(jì)南測(cè)試成功。
2017年,全球首條量子通信“京滬干線”建成。
……
可以說(shuō),量子通信的發(fā)展速度非常之快。
從城域到城際,從陸地到衛(wèi)星,量子通信的實(shí)驗(yàn)和落地在不斷取得進(jìn)展。
提到量子通信,肯定不可避免會(huì)提到一個(gè)人,他就是中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉。
潘院士長(zhǎng)期從事量子光學(xué)、量子信息和量子力學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題檢驗(yàn)等方面的研究,對(duì)量子通信等研究有創(chuàng)新性貢獻(xiàn),是該領(lǐng)域的國(guó)際著名學(xué)者。
他有關(guān)實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的研究成果入選美國(guó)《科學(xué)》雜志“年度十大科技進(jìn)展”,并同倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論等影響世界的重大研究成果一起被《自然》雜志選為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。
正因?yàn)樗袊?guó)量子通信研究處于世界領(lǐng)先的地位。他個(gè)人和團(tuán)隊(duì)也因此收獲了大量的榮譽(yù)。
但是,量子理論目前仍然是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的理論,量子通信的意義和價(jià)值也一直受到某些人的質(zhì)疑。量子通信產(chǎn)業(yè)過(guò)度追捧,資金大量涌入,相關(guān)企業(yè)市值暴漲,市場(chǎng)表現(xiàn)得空前浮躁。潘建偉本人也一直備受爭(zhēng)議。有人說(shuō)他騙取研究經(jīng)費(fèi),也有人說(shuō)他名不副實(shí)。
其實(shí),小編覺(jué)得,這個(gè)世界真的能懂這個(gè)技術(shù)的人本身就不多。正因?yàn)椴欢?,所以人們要么盲目相信、押寶,要么質(zhì)疑、謾罵。有些人只是眼紅或嫉妒,不懂裝懂,大潑臟水。很多人其實(shí)就是跟著起哄,并不是真的關(guān)心這項(xiàng)技術(shù)。
在科學(xué)研究的歷史長(zhǎng)河中,沒(méi)有誰(shuí)是一定對(duì)的,也沒(méi)有誰(shuí)是一定錯(cuò)的。不管對(duì)和錯(cuò),都應(yīng)該用論文和實(shí)驗(yàn)來(lái)證明,而非謾罵和誹謗。
量子理論如果是錯(cuò)的,那也許會(huì)帶來(lái)認(rèn)知的更大突破。如果是對(duì)的,那就意味著計(jì)算技術(shù)和通信技術(shù)的全新革命。不管怎么樣,研究它,探索它,都是一件有意義的工作。
時(shí)間,終歸會(huì)告訴我們最終的答案。
審核編輯 :李倩
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量子通信
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原文標(biāo)題:量子通信,到底是什么工作原理?
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