安全高效的量子通信，离我们又近了一步

2024-10-31 14:43:24来源：百度百家栏目：宏观

近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展，团队成员与奥地利学者合作，首次实现了高保真度32维量子纠缠态。该研究创造了世界最高水平，为进一步实现各种高维量子信息过程以及研究高维系统的量子物理基本问题打下重要基础。对于大多数人而言，量子纠缠和量子通信可能都是比较陌生的概念。那么它们究竟是什么？又会给我们的生活带来怎样的影响呢？

一、何为“量子纠缠”？

在微观领域中，某些物理量的转变是以最小的单位跳跃式地进行的，而不是连续的，这个最小的单位叫做量子。量子力学是解释微观物质运动现象的科学，也就是解释物质粒子运动现象的科学。1935年，薛定谔及爱因斯坦、波多尔斯基、罗森在质疑量子力学的完备性时提出了量子纠缠。在量子力学中，相互纠缠的粒子之间存在关联——无论它们相距多远，当其中一个粒子发生改变时，另一个也必然会改变，或者说其中一个经过测量坍缩，另一个也必然坍缩到对应的量子态上——就好比两人在两地各执一枚骰子，如果这两枚骰子处于纠缠态，当他们抛出骰子时，必定会得到相同的点数。这一现象被爱因斯坦称为“遥远地点之间的诡异互动”。

二、量子通信是什么？

量子通信是基于量子力学的基本原理与特性的一种创新的通信方法。目前量子通信主要有三种形式：基于量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)的量子保密通信、量子间接通信（是对量子力学的纠缠特性的应用）和量子安全直接通信。其中基于QKD的量子保密通信发展最快，且已获得实际应用。

三、量子通信的特点和优势

量子通信具有极高的安全性和传输的高效性。传统加密手段通常依赖计算复杂度，而量子保密通信的安全性由量子原理来保证。以基于QKD的量子保密通信为例，窃听者在不知道发送方编码基的情况下无法准确测量获得量子态的信息，即使在得知编码基后进行测量，窃听者也无法复制一份量子态，必然导致明显的误码，使得通信双方能够察觉出被窃听。同时，量子态可携带非常丰富的信息，所以相对于经典方法，量子通信在传输、存储、处理等方面也都更为高效。

四、量子通信技术的价值

随着互联网的发展，网络安全威胁日益加剧，因此安全的量子通信得到了广泛重视。量子通信不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据和票据的电信、保险、银行等领域，有着极高的应用价值和前景。以金融机构为例，虽然能做到端到端的加密，但传输的数据主要存储在租用的运营商线路上，传输过程中的数据有可能被半路窃取或者暴力破解。而量子加密技术则能够保障金融机构数据传输的安全。据了解，已有部分银行等金融机构参与了量子通信的改造。相信在未来，随着技术的逐步成熟，无论是国家安全还是我们每个人的隐私都将得到量子通信的保驾护航，《窃听风云》恐怕难出续集。

参考资料：

[1] 中奥学者研究量子通信获重要进展：首次实现高保真度32维量子纠缠态.百家号，新华社. 2020.09.05

[2] 高保真度32维量子纠缠态首次实现.科学网. 2020.09.11

[3] 翰林辞书编写组编著. 现代汉语大词典[M]. 2014：645页

[4] 石克昭编著.话说量子[M].成都：四川大学出版社. 2018：9页

[5] 许定国编著. 量子信息学导论[M]. 西安：西安电子科技大学出版社， 2015.11.19-20

[6] 陈嘉兴，赵华，张书景编著. 现代通信技术导论第2版[M]. 北京：北京邮电大学出版社， 2018.01.228-235

[7] 中国科学技术大学新闻中心编. 中国科学技术大学新闻辑刊 2016[M]. 合肥：中国科学技术大学出版社， 2017.12.126

[8] 中国科学家首次实现量子纠缠态自检验，具高可靠、抗干扰特性.科技日报.2018.12.24

[9] 佟平编著. 国家信息化与信息化工具[M]. 2017：245-246页

[10] 龙桂鲁.量子安全直接通信原理与研究进展[J].信息通信技术与政策,2020(07):10-19.

[11] 什么叫做量子通信？.科普中国头条.腾讯.2016.08.16