揭秘量子信息與通信：“絕對安全”解決國防信息安全問題

　　作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石，量子力學(xué)和相對論分別在微觀領(lǐng)域和宏觀大尺度領(lǐng)域取得了輝煌的成功。它們不僅革命性地改變了人們對自然界基本規(guī)律的認(rèn)識，極大地改變了人類的生活方式和社會面貌，更對人類固有的經(jīng)典世界觀產(chǎn)生了根本性的顛覆。

　　其中，因為量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合而開拓出的、與經(jīng)典方式具有本質(zhì)區(qū)別的新興學(xué)科——量子信息，更成為了當(dāng)下人們關(guān)注的焦點。

　　伴隨著量子信息技術(shù)逐漸走向?qū)嵱没?，其衍生出的量子通信技術(shù)，更被譽為是繼微電子信息之后，最有可能引發(fā)軍事、經(jīng)濟、社會領(lǐng)域又一次重大革命的關(guān)鍵技術(shù)。

　　革命性的量子信息

　　量子，是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可分割。量子比特是一個二維的量子系統(tǒng)，它構(gòu)成量子信息的基本單元，量子信息由量子比特的狀態(tài)來表示。與經(jīng)典比特具有根本區(qū)別的是，量子比特不僅可以處于兩個基本狀態(tài)，還可以處于它們的任意迭加態(tài)，這就是量子迭加原理。

　　而當(dāng)量子迭加原理應(yīng)用到兩個粒子時，量子理論預(yù)言這兩個粒子可以處在一種奇怪的糾纏狀態(tài)：不論這兩個粒子分離多遠(yuǎn)，它們之間都存在一種神秘的關(guān)聯(lián)，以致使當(dāng)對其中一個粒子進行測量并發(fā)現(xiàn)它處于某種狀態(tài)時，另一個粒子的狀態(tài)會瞬時地改變到同樣的狀態(tài)。這種神秘的關(guān)聯(lián)被稱為“量子非定域性”。

　　隨著光量子調(diào)控實驗技術(shù)的逐漸成熟和對量子非定域性研究的不斷深入，自上世紀(jì)80 年代開始，人們發(fā)現(xiàn)，量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，可以開拓與經(jīng)典方式具有本質(zhì)區(qū)別的全新的信息處理和通信方式。于是，一門新興的學(xué)科——量子信息科學(xué)就此誕生。

　　在量子力學(xué)中，量子信息是關(guān)于量子系統(tǒng)“狀態(tài)”所帶有的物理信息。它是通過量子系統(tǒng)的各種相干特性(如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等)，進行計算、編碼和信息傳輸?shù)娜滦畔⒎绞健?/p>

　　甫一問世，量子信息科學(xué)就迅速成為近年來物理學(xué)和信息科學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究前沿之一。利用量子調(diào)控技術(shù)，能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，在增大信息傳輸容量、提高運算速度、確保信息安全等方面突破經(jīng)典信息技術(shù)的瓶頸。

　　因此，量子信息科學(xué)拓寬和深化了量子理論在改變?nèi)祟惿詈蜕鐣婷卜矫娴膽?yīng)用，成為未來信息技術(shù)的戰(zhàn)略性發(fā)展方向，很有可能會推動整個信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命。

　　量子信息主要包括量子通信和量子計算兩個領(lǐng)域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)距離量子通信的技術(shù)等等;量子計算主要研究量子計算機和適合于量子計算機的量子算法。

　　而要說到最先走向?qū)嵱没牧孔有畔⒓夹g(shù)，非量子通信莫屬。

　　絕對安全的量子通信

　　安全地進行信息傳遞是人類千百年來的夢想之一。但在今日這個信息技術(shù)飛速進步的時代，安全通信卻幾乎成為海市蜃樓。

　　由于經(jīng)典信息容易被復(fù)制，因此保障通信安全的主要方法就是加密信息，使竊取者即使復(fù)制了加密后的密文也無法讀取原文。

　　但是這種方法的安全性在理論上缺乏證明——數(shù)學(xué)的不斷進步可能使得一些現(xiàn)在看起來無法利用數(shù)學(xué)方法破解的加密解密算法在未來得以破解，因此這種方法遠(yuǎn)不能保證建造“絕對安全”的通信系統(tǒng)，而且在實際應(yīng)用中也存在著加密和解密效率低下等諸多問題。

　　更為嚴(yán)峻的是，隨著計算科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，人類所擁有的計算能力的提升速度和潛力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們最初的想象，經(jīng)典密碼加密技術(shù)對于通信安全的保障能力也顯得遠(yuǎn)非人們預(yù)先估計的那么可靠了。尤其是上世紀(jì)70 年代以來，量子計算概念的提出和它的初步實驗演示，更如同在經(jīng)典密碼安全性上方高懸的“達(dá)摩克利斯之劍”，隨時威脅著經(jīng)典通信系統(tǒng)的安全。