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量子通信

发布时间:2013-11-22 14:02:45 点击浏览:
 广义地说,量子通信是指把量子态从一个地方传送到另一个地方,它的内容包含量子隐形传态,量子纠缠交换和量子密钥分配。狭义地说,我们谈到量子通信时,实际上只是指量子密钥分配或者基于量子密钥分配的密码通信。
   量子态隐形传输一直是学术界和公众的关注焦点。其基本思想是:将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分,它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的,量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息;而量子通道是指可以保持量子态的量子特性的传输通道。(比如说,保偏光纤对于光子的量子偏振态就是一种量子通道。但在隐形传态中,量子通道的角色是由双方共享的量子纠缠态担任的。)接收者在获得这两种信息后,就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态,而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知,而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。
   当隐形传输的量子态是一个纠缠态时,隐形传输就变成了量子纠缠交换。利用纠缠交换,可以将两个原本毫无联系的粒子纠缠起来,在它们之间建立量子关联。关于纠缠和量子关联这些概念,我们将在后面介绍。
隐形传态和纠缠交换可以把物体的量子信息在瞬间精确无误地传送到遥远的地方,这看起来很像科幻电影中的瞬时传送,或者电子游戏中的传送门之类的神奇功能。当然,在我们能够把生命完全分解成量子信息和经典信息,并建立足够多的纠缠资源之前,传送门还只是个美好的幻想。不过,隐形传态和纠缠交换并不仅仅是一个用来憧憬美好幻想的奇妙现象,利用它们可以实现超远距离的量子密钥分配,为全球范围的通信加上一把安全的“量子锁”。
   现在,实用的量子通信技术都基于量子密钥分配(Quantum Key Distribution),也就是说仅使用量子态产生经典密钥,需要传递的经典信息则根据这个密钥由经典的私钥加密系统加密。量子通信的安全性保障了密钥的安全性,从而保证加密后的信息是安全的。不用量子通信的方式传递全部经典信息的原因是:在目前和可以预见的未来,这样做的成本都太昂贵,并且可能反而效率低下、不够安全。因此,人们决定只利用量子通信来产生密钥,以便提高效率。量子密钥分配还有一个好处——不需要大面积地改造现有的通信设备和线路。
   量子密钥分配突破了传统加密方法的束缚,以量子状态作为密钥具有不可复制性,具有理论上的“无条件安全性”。任何截获或测试量子密钥的操作,都会改变量子状态。这样,截获者得到的只是无意义的信息,而信息的合法接收者也可以从量子态的改变,知道密钥曾被截取过。最重要的是,与经典的公钥密码体系不同,即使实用的量子计算机出现甚至得到普及,量子密钥分配仍是安全的。
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