最牛黑客都破譯不了的量子通訊，到底有多牛？

知識 08-17

北京時間16日1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射升空，標誌著我國空間科學研究又邁出重要一步。

「墨子號」實驗衛星發射成功的消息在朋友圈刷屏，這顆衛星到底有怎樣的「魔力」讓全國人民都這樣興奮，甚至世界各國都紛紛表示關注？

詳細科普下量子科學衛星的數據，它的魔力究竟體現在哪些方面？

量子通訊的概念

先來科普下量子的概念，量子是一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，並把最小單位稱為量子。量子英文名稱量子一詞來自拉丁語quantus，意為「有多少」，代表「相當數量的某物質」。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體。

量子是物理量中最小的基本單位，就像你在呼氣時，瞬間能夠產生幾萬億個量子，但從數量上看十分巨大。

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量子通訊技術

那量子通訊又是什麼呢？

量子通訊（Quantum Communication）是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科，是量子論和資訊理論相結合的新的研究領域。量子通訊主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，這門學科已逐步從理論走向實驗，並向實用化發展。

量子傳輸的是量子攜帶的量子信息，在量子糾纏的幫助下，待傳輸的量子態如同經歷了科幻小說中描寫的「超時空傳輸」，在一個地方神秘地消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方神秘地出現。

最牛黑客都破譯不了的量子通訊，到底有多牛？

（圖片來源於網易科技，劉琪製圖）

不過，需要注意的是，量子遙傳並不會傳送任何物質或能量。什麼意思呢？就是說量子遙傳與一般所說的瞬間移動沒有關係–量子遙傳無法傳遞系統本身，也無法用來安排分子以在另一端組成物體。

所以說，量子傳輸是不會把人從一個地方瞬間傳送到另一個地方的，目前為止，還沒有這個技術！

量子通訊的絕對安全性

當前，被認為最安全的信息傳遞方式是光纖通訊。光纜能把所有的光能限制在光纖里，外面得不到能量，所以這個傳輸被認為是安全的。但隨著科技發展，只需讓光纜泄露哪怕很少一部分能量，外人就能夠竊聽光纜傳遞的信號。

潘建偉說，這是因為經典通信的信號只有0和1，發生竊聽時，這兩種信號不會被擾動。

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?中國科學院院士潘建偉

比如說，當兩人打電話時，他人可通過竊聽器從通信線路中的上千萬個電子中分出一些電子，使其進入另一根線路，從而實現竊聽，而通話者無法察覺。「稜鏡門」等事件的曝光便是最好的例證。

量子通信則不會出現這個問題。潘建偉說，這是因為其密鑰具有不可複製性和絕對安全性。一旦有人竊取密鑰，整個通信信息就會「自毀」並告知使用者。

他舉了一個例子：甲、乙二人要進行安全通信，甲發出的光子信息狀態有水平、豎直、45°等，假設有人竊聽：

第一種方法是將單光子分割成兩部分，讓其中一部分繼續傳送，而對另一部分進行狀態測量獲取密鑰信息。但由於單光子不可分割，因此這是不可能的。

第二種可能的方法是竊聽者希望截取單光子後，測量其狀態，然後根據測量結果發送一個新光子給接收方。但由於竊聽者不能精確地對光子的狀態進行測量，所以發送給接收方的光子的狀態與其原始狀態會存在偏差。這樣，發送方和接收方可以利用這個偏差來探測到竊聽者對光子的測量擾動，從而檢驗他們之間所建立的密鑰的安全性。

第三種可能的方法是竊聽者截取單光子後，通過複製單光子的狀態來竊取信息。但按照量子不可克隆原理，未知的量子態不可能被精確複製。

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因此潘建偉認為，根據量子力學原理，無論怎樣，竊聽都可以被發現。一旦被發現，原有密鑰立即作廢。甲就可以把沒有被竊聽的密鑰傳送過去，利用產生的密鑰進行「一次一密」完全隨機的加密。所以，利用量子不可克隆和不可分割的特性可以實現安全量子密鑰分發，實現不可破譯的保密通信。

換句話說，無論破譯者掌握了多麼先進的竊聽技術、多強大的破譯能力，只要量子力學規律依然成立，由量子通信建立起的秘密就無法被破解。

這一套說法的問世，也重新點燃了建造「絕對安全」通信系統的希望。潘建偉說，通向「絕對安全通信」這個千百年來人類夢想大道的入口，在量子物理的指引下，又重新顯露在人們視野之中。

可想而知，在一種處於絕對安全的通訊狀態下，任何破譯者都不能夠破譯加密信息，還用擔心信息泄露嗎？

（文中資料來源於新華網、百科資料等，文中觀點與本報無關）

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