法國(guó)科學(xué)家在量子通訊研究中創(chuàng)下了通訊距離達(dá)144公里的最新紀(jì)錄
人類雖然始終都沒(méi)有停止過(guò)對(duì)保密的努力。古埃及人曾把羊皮帶呈螺旋狀繞在棍子上，書(shū)寫(xiě)密碼，收到羊皮帶的人，再把它纏繞到同樣粗細(xì)的竹簽上，破譯信息。現(xiàn)今《達(dá)芬奇密碼》在全球的暢銷，更是將現(xiàn)代人對(duì)密碼的好奇表現(xiàn)得淋漓盡致。
現(xiàn)今，應(yīng)用廣泛的密碼基本都是借助物理估算方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的——用復(fù)雜的數(shù)字串對(duì)信息進(jìn)行加密。但是，再?gòu)?fù)雜的物理秘鑰也可以找到規(guī)律，破解復(fù)雜的物理密碼成為估算技術(shù)的重要應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)的急速發(fā)展，破譯物理密碼的難度也日漸增加。量子密碼的研究，無(wú)疑為人類追求信息的絕對(duì)安全打開(kāi)了一扇窗。
據(jù)6月3日出版的《自然化學(xué)學(xué)》()季刊報(bào)導(dǎo)，法國(guó)科學(xué)家近來(lái)在量子通訊研究中創(chuàng)下了通訊距離達(dá)144公里的最新紀(jì)錄，但是她們覺(jué)得:“此次實(shí)驗(yàn)朝未來(lái)的衛(wèi)星量子通訊和量子化學(xué)的太空實(shí)驗(yàn)邁出了重要的一步，借助這些技巧有望在未來(lái)通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)路實(shí)現(xiàn)信息的太空機(jī)密傳輸?！?span style="display:none">7pF物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
在實(shí)驗(yàn)中，研究小組首先在法國(guó)加那利群島的拉帕爾中途島上制造出偏振光糾纏光子對(duì)，之后將光子對(duì)中的一個(gè)光子留在拉帕爾中途島，另一個(gè)光子則通過(guò)光學(xué)線路傳送到144公里外的特內(nèi)里費(fèi)島上。與原本類似實(shí)驗(yàn)達(dá)到的距離相比，這次實(shí)驗(yàn)有了巨大進(jìn)展。
該研究小組首席研究員、來(lái)自法國(guó)維也納學(xué)院實(shí)驗(yàn)化學(xué)商會(huì)的Anton院長(zhǎng)表示：“我們進(jìn)行此次實(shí)驗(yàn)的目的，是想曉得是否可以在世界范圍內(nèi)構(gòu)建量子通訊和量子密碼系統(tǒng)。”
這么到底哪些是量子密碼呢？它與傳統(tǒng)的數(shù)字密碼有何不同？該實(shí)驗(yàn)的成功才能怎樣改變?nèi)藗兊纳钅兀?span style="display:none">7pF物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
絕對(duì)安全的量子密碼
量子信息學(xué)是數(shù)學(xué)學(xué)的重要分支，它告訴人們，在微觀世界里，不論兩個(gè)粒子寬度離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化就會(huì)影響另一個(gè)粒子，該現(xiàn)象被叫做量子糾纏，愛(ài)因斯坦稱其為“詭異的互動(dòng)”。按照這一特點(diǎn)，科學(xué)家們覺(jué)得它是不會(huì)被黑客功擊的絕對(duì)安全的密碼，日本《商業(yè)周刊》把它列在了“改變?nèi)藗兾磥?lái)生活的十大發(fā)明”的第三位。上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，越來(lái)越多的科學(xué)家癡迷于量子密碼的研究，她們力圖用量子密碼作為量子計(jì)算機(jī)和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
量子密碼就是用量子狀態(tài)作為信息加密和揭秘技術(shù)的秘鑰。與當(dāng)前普遍使用的以物理為基礎(chǔ)的密碼體系相比，量子密碼通過(guò)量子訊號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由自然規(guī)律來(lái)保證其安全性。依照量子糾纏原理，光子被分離以后，雖然相距非常遙遠(yuǎn)，也是相互聯(lián)結(jié)的。只要檢測(cè)出一個(gè)被糾纏光子的屬性，就很容易推論出其他光子的屬性。而這種互相糾纏的光子形成的密碼，只有通過(guò)特定的發(fā)送器和接收器能夠閱讀。
更重要的是，這種光子之間的奇特的互動(dòng)是獨(dú)一無(wú)二的，只要有人非法破譯這種密碼，就不可防止地要攪亂光子的性質(zhì)，并且，異動(dòng)的光子會(huì)像警笛一樣顯示出入侵者的蹤跡。量子密碼術(shù)打破了傳統(tǒng)加密方式的禁錮，量子狀態(tài)的秘鑰具有不可復(fù)制性，可以說(shuō)是絕對(duì)安全的。任何查獲或測(cè)試量子秘鑰的操作，就會(huì)改變量子狀態(tài)。因而當(dāng)一個(gè)無(wú)權(quán)曉得某種信息的人想要盜取信息時(shí)，就很容易被發(fā)覺(jué)。這樣查獲者得到的只是無(wú)意義的信息，而信息的合法接收者也可以從量子態(tài)的改變，曉得秘鑰曾被截取過(guò)。
量子密碼有兩種發(fā)展趨勢(shì)：一種是使用口令，另一種是使用糾纏態(tài)。即使使用糾纏態(tài)的量子密碼是未來(lái)發(fā)展的方向，不過(guò)要實(shí)現(xiàn)充分發(fā)展還須要較長(zhǎng)的時(shí)間。
量子通訊究竟有多遠(yuǎn)
量子通訊是用量子態(tài)作為信息載體，通過(guò)量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)不可破譯的量子保密通訊。因?yàn)榇嬖诟黝惒豢煞乐沟沫h(huán)境噪音，量子糾纏態(tài)的品質(zhì)會(huì)隨著傳送距離的降低而顯得越來(lái)越差。為此量子傳輸距離，怎么提純高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)是目前量子通訊研究中的重要困局。
為此，在量子密碼應(yīng)用中最關(guān)鍵的問(wèn)題便是距離。在量子密碼的研究中，科學(xué)家們總是企圖達(dá)到傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離，以實(shí)現(xiàn)在世界范圍內(nèi)構(gòu)建起絕對(duì)安全的量子通訊系統(tǒng)的夢(mèng)想。
假如要解決在地面上的兩地傳輸問(wèn)題，就要向太空發(fā)射衛(wèi)星，并在地面上的某處和太空中的某處之間構(gòu)建量子聯(lián)系。由于傳輸碰到的問(wèn)題只是大氣，而大氣層大概只有十公里的長(zhǎng)度，假如把大氣層壓縮到人們所處的這些密度，那這個(gè)地面站和衛(wèi)星之間構(gòu)建量子聯(lián)系就很容易。同樣在這個(gè)地面站和這兒的衛(wèi)星之間可以構(gòu)建量子聯(lián)系。
量子訊號(hào)從地面上發(fā)射并穿透大氣層→衛(wèi)星接收到量子訊號(hào)并按須要將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一特定衛(wèi)星→量子訊號(hào)從該特定衛(wèi)星上再度穿透大氣層抵達(dá)月球某個(gè)角落的指定接收地點(diǎn)。因?yàn)榱孔佑嵦?hào)的攜帶者光子在內(nèi)層空間傳播時(shí)幾乎沒(méi)有耗損，假如才能在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)糾纏光子在穿透整個(gè)大氣層后仍然存活并保持其糾纏特點(diǎn)，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實(shí)現(xiàn)全球化的量子通訊。
量子密碼的應(yīng)用
天生注定追求絕對(duì)安全的國(guó)家自然是這些絕對(duì)安全的量子密碼的青睞者，當(dāng)前各國(guó)紛紛在軍事、國(guó)家安全等領(lǐng)域研究和應(yīng)用量子密碼，力求為國(guó)家的絕對(duì)安全找到科技上的解決之道。
2002年10月，美國(guó)蘇黎世學(xué)院和美國(guó)美軍的研究機(jī)構(gòu)合作，在美國(guó)、奧地利邊境的楚格峰和卡爾文的峰之間用激光成功傳輸了量子密碼。這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人蘇黎世學(xué)院院長(zhǎng)哈拉爾德·魏因富爾特在報(bào)告中表示，此次試驗(yàn)傳輸?shù)木嚯x達(dá)到了23.4公里。
去年5月，美國(guó)的科學(xué)家稱她們開(kāi)發(fā)出傳輸速率最快的量子密碼，研究小組在實(shí)驗(yàn)中借助10.5公里長(zhǎng)的光纖進(jìn)行訊號(hào)傳遞，接收一方用光子偵測(cè)器減少干擾量子傳輸距離，急劇減短了傳送時(shí)間，致使通訊時(shí)間減短到原先的1/100。
由復(fù)旦學(xué)院、中國(guó)科技學(xué)院等單位組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)近來(lái)在遠(yuǎn)距離量子通訊研究上取得重大突破，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全距離小于100公里的量子保密通訊。
除軍事領(lǐng)域外，商業(yè)領(lǐng)域在量子密碼的應(yīng)用上也不甘示弱。從2003年開(kāi)始，日內(nèi)瓦一家公司和倫敦的MagiQ技術(shù)公司，合作推出了傳送量子秘鑰的距離為30分米的商業(yè)產(chǎn)品，該產(chǎn)品售價(jià)在7萬(wàn)港元到10萬(wàn)歐元之間。據(jù)MagiQ公司介紹，其產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)?
●需要重點(diǎn)保護(hù)財(cái)務(wù)信息的公司；
●極其重視公司貿(mào)易安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、專利、商業(yè)計(jì)劃等的公司；
●財(cái)務(wù)信息須要嚴(yán)格保密的金融機(jī)構(gòu)；
●需向驚悚分子嚴(yán)格保密的國(guó)家電力、安全系統(tǒng)等；
●需要安全防護(hù)的政府機(jī)構(gòu)等。
據(jù)MagiQ公司人員介紹，目前有少量的客人正在使用和測(cè)試這套系統(tǒng)，還沒(méi)有在任何網(wǎng)路上廣泛使用，這項(xiàng)新的加密手段標(biāo)志著量子信息科學(xué)的首次商業(yè)化應(yīng)用。臺(tái)灣NEC公司在進(jìn)行了量子通訊的演示后表示，最早將在今年推出新產(chǎn)品。據(jù)悉，IBM、富士通和富士通等企業(yè)也在積極進(jìn)行研制。目前，市面上的產(chǎn)品才能將秘鑰通過(guò)光纖傳送幾十公里。
我們有理由相信，總有三天，人類會(huì)實(shí)現(xiàn)全球范圍的絕對(duì)安全，正如互聯(lián)網(wǎng)將整個(gè)世界聯(lián)系在一起一樣。并且，人類從來(lái)都是在不懈努力擊敗自己的。當(dāng)量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后，其實(shí)所有絕對(duì)安全的量子密碼就又會(huì)被破解了。而人類，偏偏就是在這樣的自我趕超中，不斷發(fā)展不斷進(jìn)步。