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近來不時出現的有關量子技術的產品或實驗,比如量子加密,量子糾纏、量子通訊等,讓人精神振奮,特別是中國電信近來推出的量子通話,更是讓人覺得量子技術就真的來到了身邊了,但據媒體報道,中國電信的量子通話,其核心只是利用了量子的特性來給通話加密,跟我們看的《流浪地球》中的質子通話或量子糾纏沒啥關系。哪到底什么是量子呢?本文就跟大家分享下有關量子的一些概念吧。
量子是什么?
查找一下量子出現的歷史,量子最早是被一個叫普朗克的德國物理學家在1900年提出來的,后來經過愛因斯坦等許多科學家的努力,最終形成了量子科學體系。而我們都知道,構成物質的最小單元是基本粒子,包括了原子、原子核、質子、夸克(quark)和電子、光子等,但是并不包括量子,其實量子只是質量、體積、能量等各種物理量的最小單元,它只是計算能量的最小單位。為什么說量子通信可以提升信息安全,讓信息泄密基本不存在?先來了解下信息安全的三要素,一是用加密算法進行身份認證;二是傳輸加密;三是用加密算法對傳輸的內容時行 數字認證,以確保傳輸的內容不會被篡改。就當前來說,通用的信息安全,只是建立在加密算法或加密技術的基礎之上,而通信密碼系統只是依賴于數學的復雜度理論。但是量子通信,其安全性與經典的通信密碼系統一同,它主要依賴于量子力學屬性,比如電子糾纏、量子不可測量和量子不可克隆等,在原理上是能提供一種不能破解,不能竊聽的安全的信息傳輸方式。當前,量子保密通信主要有兩種:一是量子密鑰分發,二是量子隱形傳態。量子密鑰分發是目前廣泛研究的量子通信方式,是最有可能率先投入商用的技術,而量子隱形傳態則是最引人注目的研究方向。下面解釋下量子密鑰吧,它是利用了量子力學的基本特征來保證密鑰安全,如果有人竊聽,密鑰的狀態就會產生改變,如原定的是0+1狀態,變成了1+0,從而引入噪聲,使密鑰接受的誤碼率會明顯增加,引起信息發送者的警覺,從而停止密鑰的發送。因為量子密鑰能及時發現竊聽者,使信息能做到“一次加一密”因此,量子密鑰是一種絕對安全的加密方式。以光子為例,說下量子密鑰的分發過程吧。由于光子是一種電磁波,其磁場和電場都是有方向的,也就是光子偏振。我們可以先定下傳輸約定,如光子的水平偏振為0,垂直偏振為1,對光子的偏振狀態進行編碼,這就形成了量子密鑰,在傳輸過程中,其傳輸的不是電磁波,而是一個被編碼的,被糾纏過的光子,每個光子有可能是0或1,而這一連串的0和1,就代表了傳送的量子密鑰。結語說了哪么多,要徹底理解量子加密,還是需更進一步學習的,只是我們要理解的是,宏觀世界跟微觀世界是不一樣的,在宏觀世界里,物體是靜止就是靜止的,是運動就是運動的,而在微觀世界里,各種粒子是不可測量的,也就是說這個粒子現在是出現在這里,又有可能出現在另一地方。就拿光線來說,既可看成光波,又可看成光子(粒子),這也就是愛因斯坦所說的“波粒二重性”。
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