法國科學(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
人類雖然始終都沒有停止過對(duì)保密的努力。古埃及人曾把羊皮帶呈螺旋狀繞在棍子上，書寫密碼，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，再復(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，無疑為人類追求信息的絕對(duì)安全打開了一扇窗。
據(jù)6月3日出版的《自然化學(xué)學(xué)》()季刊報(bào)導(dǎo)，法國科學(xué)家近來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，但是她們覺得:“此次實(shí)驗(yàn)朝未來的衛(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通過衛(wèi)星網(wǎng)路實(shí)現(xiàn)信息的太空機(jī)密傳輸。”
在實(shí)驗(yàn)中，研究小組首先在法國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、來自法國維也納學(xué)院實(shí)驗(yàn)化學(xué)商會(huì)的Anton院長表示：“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">G0T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)藗兾磥砩畹氖蟀l(fā)明”的第三位。上個(gè)世紀(jì)90年代以來，越來越多的科學(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，量子密碼通過量子訊號(hào)來實(shí)現(xiàn)，由自然規(guī)律來保證其安全性。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，可以說是絕對(duì)安全的。任何查獲或測試量子秘鑰的操作，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。這樣查獲者得到的只是無意義的信息，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。
量子密碼有兩種發(fā)展趨勢：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)的量子密碼是未來發(fā)展的方向，不過要實(shí)現(xiàn)充分發(fā)展還須要較長的時(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)的夢想。
假如要解決在地面上的兩地傳輸問題，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。由于傳輸碰到的問題只是大氣，而大氣層大概只有十公里的長度，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)前各國紛紛在軍事、國家安全等領(lǐng)域研究和應(yīng)用量子密碼，力求為國家的絕對(duì)安全找到科技上的解決之道。
2002年10月，美國蘇黎世學(xué)院和美國美軍的研究機(jī)構(gòu)合作，在美國、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，美國的科學(xué)家稱她們開發(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公里長的光纖進(jìn)行訊號(hào)傳遞，接收一方用光子偵測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、中國科技學(xué)院等單位組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)近來在遠(yuǎn)距離量子通訊研究上取得重大突破，在國際上率先實(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7萬港元到10萬歐元之間。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試這套系統(tǒng)，還沒有在任何網(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。