量子密碼通信原理
在科幻小說《星際旅行》中，星球戰士可以在某一地點突然消失，而瞬間之后卻出現在遙遠的另一地點。那么，現實生活中是否存在某種手段，可以把某一客體以最快捷的方式輸送到遙遠的另一地點呢？如果有，那是一種什么樣的手段呢？量子信息學研究，正是實現這種“遠程傳送”幻想前的最腳踏實地的基礎理論與實驗研究——要想實現遠程瞬間傳送，必須找到相距遙遠的兩個客體之間的感應狀態以及信息隱性傳輸的方式。這一研究，首先必須從微觀世界的分子、原子、粒子層面做起。在微觀世界里，存在著一種“量子糾纏”現象，即不論兩個粒子間的距離多遠，一個粒子的任何變化都會影響到另一個粒子，讓另一個粒子獲得“感應”，這種現象也被愛因斯坦稱為“遙遠地點間幽靈般的相互作用”。于是，“多粒子糾纏態的制備與操縱”成為近年來國際上量子物理與量子信息研究領域的熱點。
量子信息傳輸的遠景意義還不僅在于星際旅行，它對研制功能強大的超級計算機和實現‘萬無一失’的通信保密系統，也具有非常誘人的應用前景。
現在的信息時代，研究量子計算機帶來最大的好處就是用同樣速度計算機來化解400位自然數的話，用世界最快的計算機要算100億年，如果量子計算機研制出來只要算一分鐘。所以這會給我們的信息帶來新的革命。
量子密碼術是密碼術與量子力學結合的產物，它利用了系統所具有的量子性質。首先想到將量子物理用于密碼術的是美國科學家威斯納。威斯納于1970年提出，可利用單量子態制造不可偽造的“電子鈔票”。但這個設想的實現需要長時間保存單量子態，不太現實。貝內特和布拉薩德在研究中發現，單量子態雖然不好保存但可用于傳輸信息。1984年，貝內特和布拉薩德提出了第一個量子密碼術方案，稱為BB84方案，由此迎來了量子密碼術的新時期。1992年，貝內特又提出一種更簡單，但效率減半的方案，即B92方案。量子密碼術并不用于傳輸密文，而是用于建立、傳輸密碼本。根據量子力學的不確定性原理以及量子不可克隆定理，任何竊聽者的存在都會被發現，從而保證密碼本的絕對安全，也就保證了加密信息的絕對安全。最初的量子密碼通信利用的都是光子的偏振特性，目前主流的實驗方案則用光子的相位特性進行編碼。目前，在量子密碼術實驗研究上進展最快的國家為英國、瑞士和美國、中國。英國國防研究部于1993年首先在光纖中實現了基于BB84方案的相位編碼量子密鑰分發，光纖傳輸長度為10公里。這項研究后來轉到英國通訊實驗室進行，到1995年，經多方改進，在30公里長的光纖傳輸中成功實現了量子密鑰分發。與偏振編碼相比，相位編碼的好處是對光的偏振態要求不那么苛刻。在長距離的光纖傳輸中，光的偏振性會退化，造成誤碼率的增加。然而，瑞士日內瓦大學1993年基于BB84方案的偏振編碼方案，在1.1公里長的光纖中傳輸1.3微米波長的光子，誤碼率僅為0.54％，并于1995年在日內瓦湖底鋪設的23公里長民用光通信光纜中進行了實地表演，誤碼率為3.4％。1997年，他們利用法拉第鏡消除了光纖中的雙折射等影響因素，使得系統的穩定性和使用的方便性大大提高，被稱為“即插即用”的量子密碼方案。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室，創造了目前光纖中量子密碼通信距離的新紀錄。他們采用類似英國的實驗裝置，通過先進的電子手段，以B92方案成功地在長達48公里的地下光纜中傳送量子密鑰，同時他們在自由空間里也獲得了成功。1999年，瑞典和日本合作，在光纖中成功地進行了40公里的量子密碼通信實驗。在中國，中科院物理所于1995年以BB84方案在國內首次做了演示性實驗，華東師范大學用B92方案做了實驗，但也是在距離較短的自由空間里進行的。1997年，中國科大潘建偉在世界上首次成功地實現了量子態隱形傳送。2000年，中科院物理所與研究生院合作，在850納米的單模光纖中完成了1.1公里的量子密碼通信演示性實驗。2003年中國科大潘建偉在世界上首次成功實現了自由量子態隱形傳輸以及糾纏交換；首次實現了未來長程量子通訊的關鍵器件——糾纏態等很多理論和實踐上的突破,在多光子糾纏操縱方面在國際上處于領先地位。2005年底，中國科大郭光燦等在國際上首次解決了量子密鑰分配過程的穩定性問題，經由實際通信光路實現了125公里單向量子密鑰分配，成為迄今國際上公開報道的最長距離的實用光纖量子密碼系統。
量子力學的研究進展導致了新興交叉學科——量子信息學的誕生，為信息科學展示了美好的前景。人類在20世紀能夠精確地操控航天飛機和搬動單個原子，但卻未能掌握操控量子態的有效方法。在21世紀，人類應積極致力于量子技術的開發，推動科學和技術更迅速地發展。了解更多請記住我們的網站
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