大家一看到“量子”,往往就望而生畏。“量子”所涉及的相关词汇,个个都是烧脑的理论,甚至还关联了密码学、编码学等等一堆复杂的学科。其实“量子”也没有那么晦涩难懂,只是还未飞入平常百姓家而已。
量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称,指的是一个不可分割的基本个体。比如“光的量子”就是光的单位。所以“量子”不是具体的实体粒子,它是不可被分割的。
在我们没有观察螃蟹时,不会知道螃蟹是横着走的;没有观察大象时,不会知道大象有2只大耳朵一个长鼻子;没有观察地球时,总是会觉得地球时方形的。显然我们认识、生活的世界和螃蟹、大象所认识、生活的世界是完全不一样的,所以宏观和微观是大不相同的。
相较于宏观物理世界,量子有很多奇妙的特性,如“量子叠加”和“量子纠缠”。“量子叠加”我们可以通过光的双缝干涉实验来理解:从光源传播出来的相干光子束照射在一块刻有两个狭小缝,会在侦测屏上形成明暗相间的条纹。从这个实验同时可以看出光有波的特性和粒子的特性,即波粒二象性,要不然怎么可能在侦测屏上形成明暗相间的条纹呢?
在量子力学中,当两个粒子以某种方式形成一个整体时,两个粒子的性质就成了相互关联的状态,我们只需要观察一个粒子的性质就可以知道另一个粒子的情况,这种现象就叫量子纠缠。奇妙在于量子纠缠的两个粒子无论它们相距多远,它们仍然会保持着这种相互关联的状态。"量子纠缠"对于通信具有很重要的影响,这样就可以将物质的未知量子态精确传送到很遥远的地方,而不用传递物质本身。
量子通讯首先要确保的是保密,没有办法被别人窃听
从很多谍战片我们可以知道保密的重要性,“密码本”在普通人的手里是一本平淡无奇的书,但到了需要它的人手里却是加密和解密的工具。
比如:A要将1传递给B,但又不想在传递的过程中让其他人知道“1”的存在,那么A传递1之前先加上100变成101(加密),这样即使在传递的过程中别人知道了也不会知道具体表示的是什么,B在收到101之后会按照约定减去100变回“1”(解密)。
量子通信通过量子纠缠效应来进行信息的保密性传输,不必在密码编辑上劳神费力,因为量子通信的密码不是预先规定死的,二十在通信的时候随机产生的。而量子不可克隆原理是进行量子通信的一个重要依据,是指不可能复制一个能够完全复制任意量子比特,而不对原始量子位元产生干扰的系统。量子不可克隆原理也是量子密码学的基石。
量子加密通讯有两条传输通道,一条利用电磁波传输经典信息,一条传递纠缠粒子对信息。A和B首先需要对一次收到纠缠光子对进行信号处理,是通过一组随机生成的偏振片,来测试得到一组数据。
A和B相互把自己所用的偏振片组通过经典信息途径传递给对方,这样偏振片不相同的数据就会被丢弃,A和B就得到了一组完全相同的信息,并且只有它们自己知道的密钥。
总结
可见量子通信真的无法破译。正常情况下没有任何密钥是绝对安全的,但量子通信是通过量子纠缠进行信息传递,而不用传递物质本身。而量子的密钥是随机的,本身并不包含任何有效的信息,就算通过经典传输拿到了密钥,也没有办法在不受干扰的情况下复制处于纠缠状态下的"量子"。
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