揭秘量子科學：信息安全的「終極武器」

知識 08-17

一旦竊聽必定被察覺

在物理王國里，量子理論是一個百歲的「幽靈」，愛因斯坦也曾被它的「詭異」所困擾。

在量子世界中，一個物體可以同時處在多個位置，一隻貓可以處在「死」和「活」的疊加狀態上；所有物體都具有「波粒二象性」，既是粒子也是波；兩個處於「糾纏態」的粒子，即使相距遙遠也具有「心電感應」，一個發生變化，另一個會瞬時發生相應改變……

正是由於量子具有這些不同於宏觀物理世界的奇妙特性，才構成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由於量子的不可分割、不可克隆和測不準的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發送者察覺並規避。

自身特性決定「絕對安全」

「傳統的信息安全都是依賴於複雜的演算法，只要計算能力足夠強大，再複雜的保密演算法都能夠被破解。量子通信能做到絕對安全，是由量子自身的特性所決定的，計算能力再強也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問題。」潘建偉說。

量子通信系統的問世，點燃了建造「絕對安全」通信系統的希望。當前，量子通信的實用化和產業化已經成為各個大國爭相追逐的目標。

在量子通信的國際賽跑中，中國屬於後來者。經過多年的努力，中國已經躋身於國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列，建設完成合肥、濟南等規模化量子通信城域網，「京滬幹線」大尺度光纖量子通信骨幹網也即將竣工。

然而，這只是開始。「在城市範圍內，通過光纖構建城域量子通信網路是最佳方案。但要實現遠距離甚至全球量子通信，僅依靠光纖量子通信技術是遠遠不夠的。」潘建偉說。

他解釋說，因為量子的信息攜帶者光子在光纖里傳播一百公里之後大約只有1‰的信號可以到達最後的接收站，所以光纖量子通信達到百公里量級就很難再突破。但光子穿透整個大氣層後卻可以保留80%左右，再利用衛星的中轉，就可以實現地面上相距數千公里甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。

另外，誕生百年的量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重複檢驗，但卻從未在太空尺度驗證過。量子理論的各種奇異現象在太空中是否還存在？量子糾纏和隱形傳輸是否可以延伸到星地之間？這些都需要衛星去驗證。

2011年，中科院正式啟動全球首顆「量子科學實驗衛星」的研製，這既意味著中國科學家率先向星地量子通信發起挑戰，更意味著中國或將領先歐美獲得量子通信覆蓋全球的能力。

專家答疑

「量子態隱形傳輸」能實現《星際迷航》里的瞬間移動嗎？

答：「量子態隱形傳輸」是基於量子疊加和量子糾纏的特性，就是甲地某一粒子的未知量子態，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實傳輸的是粒子的量子態，而不是粒子本身。這種狀態傳送的速度上限仍然是光速，也不是「瞬間移動」。

現在，在光子、原子等層面已經實現了量子態隱形傳輸。電影里「大變活人」在原理上是允許的，但目前還遠遠做不到。因為科幻電影里人的傳送，不僅需要把人的實體部分的大量原子、分子傳送，並且嚴格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現意識和記憶就更複雜了。

不過，隨著科學的發展和技術的進步，也許未來我們還是可以實現人的量子隱形傳態，到那時星際旅行就不是夢啦。

將來機器會不會像《變形金剛》一樣被裝上量子大腦，從而取代人類？

答：所謂量子大腦，其實就是當今正在研製中的量子計算機。未來的量子計算機可能會對人工智慧起到極大的幫助，在數據搜索、分析和處理方面提供遠遠超過目前經典計算機的運算能力。

機器人都是預先設置好程序的，而人是有意識和自由意志的。研究發現，人腦中的思維機制與量子疊加、量子糾纏或許存在相似之處。所以也有學者認為，未來可望創造出與人腦一樣運行的人工智慧機器人。真到這種程度，機器與生物之間的界限已經非常模糊。這目前還只是一種暢想，未來究竟怎樣還得拭目以待。□據新華社電

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