揭秘量子信息與通信：“絕對安全”解決國防信息安全問(wèn)題

　　作為現代物理學(xué)的兩大基石，量子力學(xué)和相對論分別在微觀(guān)領(lǐng)域和宏觀(guān)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律的認識，極大地改變了人類(lèi)的生活方式和社會(huì )面貌，更對人類(lèi)固有的經(jīng)典世界觀(guān)產(chǎn)生了根本性的顛覆。

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

　　伴隨著(zhù)量子信息技術(shù)逐漸走向實(shí)用化，其衍生出的量子通信技術(shù)，更被譽(yù)為是繼微電子信息之后，最有可能引發(fā)軍事、經(jīng)濟、社會(huì )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(gè)二維的量子系統，它構成量子信息的基本單元，量子信息由量子比特的狀態(tài)來(lái)表示。與經(jīng)典比特具有根本區別的是，量子比特不僅可以處于兩個(gè)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。

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

　　隨著(zhù)光量子調控實(shí)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80 年代開(kāi)始，人們發(fā)現，量子物理與信息技術(shù)相結合，可以開(kāi)拓與經(jīng)典方式具有本質(zhì)區別的全新的信息處理和通信方式。于是，一門(mén)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“狀態(tài)”所帶有的物理信息。它是通過(guò)量子系統的各種相干特性(如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等)，進(jìn)行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。

　　甫一問(wèn)世，量子信息科學(xué)就迅速成為近年來(lái)物理學(xué)和信息科學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究前沿之一。利用量子調控技術(shù)，能夠用一種革命性的方式對信息進(jìn)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人類(lèi)生活和社會(huì )面貌方面的應用，成為未來(lái)信息技術(shù)的戰略性發(fā)展方向，很有可能會(huì )推動(dòng)整個(gè)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(gè)領(lǐng)域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠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(shuō)到最先走向實(shí)用化的量子信息技術(shù)，非量子通信莫屬。

　　絕對安全的量子通信

　　安全地進(jìn)行信息傳遞是人類(lèi)千百年來(lái)的夢(mèng)想之一。但在今日這個(gè)信息技術(shù)飛速進(jìn)步的時(shí)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，使竊取者即使復制了加密后的密文也無(wú)法讀取原文。

　　但是這種方法的安全性在理論上缺乏證明——數學(xué)的不斷進(jìn)步可能使得一些現在看起來(lái)無(wú)法利用數學(xué)方法破解的加密解密算法在未來(lái)得以破解，因此這種方法遠不能保證建造“絕對安全”的通信系統，而且在實(shí)際應用中也存在著(zhù)加密和解密效率低下等諸多問(wèn)題。

　　更為嚴峻的是，隨著(zhù)計算科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)所擁有的計算能力的提升速度和潛力已遠遠超過(guò)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非人們預先估計的那么可靠了。尤其是上世紀70 年代以來(lái)，量子計算概念的提出和它的初步實(shí)驗演示，更如同在經(jīng)典密碼安全性上方高懸的“達摩克利斯之劍”，隨時(shí)威脅著(zhù)經(jīng)典通信系統的安全。