量子通信：永遠解不開的密碼

把密鑰扔遠，再扔遠

　　量子密鑰的創意無懈可擊，但目前還不能投入大規模應用，原因是很難讓一對糾纏粒子在長距離上保持穩定。在幾米內有效的密鑰，在幾公里外就失真，然后消逝在虛空中了。因此超長距離的量子通信，似乎還停留在理論階段。但在韓教授看來，這并不意味著研究人員的進展緩慢。事實上，近年來，中國科學家一直在刷新量子傳輸的距離紀錄。

　　根據上個月的最新消息，中科大的研究團隊，已經讓糾纏態的高能光子對穿過10英里長的自由空間通道。這一距離是目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞的量子密鑰分發的最大距離。

研究人員發現，在這個距離上接收端的光子，仍能響應留在后方的光子狀態變化。遠距傳輸的平均保真度為89%。這項突破意味著量子通信應用擴大到全球規模，也許不久就會到來。

　　同時，中科大的研究團隊還首次證明了：糾纏光子在穿透等效于整個大氣層厚度的地面大氣后，其糾纏的特性仍然能夠保持，并可應用于高效、安全的量子通信。科學家們正在計劃開展更遠距離的量子通信實驗，下一步的目標是通過自由空間實現幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸的極限。

　　可以想象，未來應用了量子通信的戰場和商界，許多間諜工具和知識將逐漸消亡。

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　　被媒體誤讀的“量子通信”

　　一些媒體解讀“量子通信”時，常常轉載使用了“超時空傳送”這個容易引起誤解的詞。的確，不論多遠都能“互感”的量子糾纏，很容易讓人疑問：這是不是意味著，信息速度上限為光速這個原理失效了呢？

　　事實上，糾纏的兩個粒子盡管可以在很遠的距離上一個影響另一個，但它們無法傳遞任何信息。以密鑰為例，當雙方共享同一套密鑰時，并沒有發生信息的傳遞——雙方無法利用密鑰做任何事情，直到加密的文本傳來，密鑰才有意義——傳送加密文本的速度仍然不可能超過光速。相對論沒有失效。

　　量子通信和傳統通信的唯一區別在于，量子通信采用了一種新的密鑰生成方式，而且密鑰不可能被第三方獲取。量子通信并不神奇。

　　■ 延伸閱讀

　　量子密鑰：從防偽鈔創意到光纖通信

　　1970年代，哥倫比亞大學一位年輕學者提出了防范偽鈔的量子貨幣的概念。根據他的理論，量子貨幣無法復制，一旦被復制就會損壞。不久，他把自己的想法寫成論文投向一家專業性雜志。雜志編輯認為是天方夜譚，作了退稿處理。

　　1980年代初，美國密碼專家彼尼特和一位加拿大密碼學家研究了這位年輕人的設想，發現由此可以建立量子密碼，隨后BB84量子密鑰方案問世。這也就是目前國際上使用最多的一種量子密鑰方案。他們的研究結果在實驗上得到了證明。

　　但是，BB84方案在從實驗室裝置應用到光纖網絡的過程中，遇到了一個極大的難題——不穩定。各種因素都可能破壞它的穩定性，使傳輸碼常常變成亂碼。

　　為了解決穩定性，同時保證信息安全，科學家做了大量努力。近年來，中國科技大學郭光燦教授的課題組的新方案，可保證單向光子的穩定性和安全性，并已獲得國際專利。課題組使用這一方案，在2005年租用的一條從北京到天津125公里的光纖上試用，結果非常令人滿意。