(原标题:中国最强黑科技秘密曝光!真实威力竟超过10枚核武器)

量子领域的量子计算、量子通信、量子探测等技术持续突破,成为各国竞逐的前沿领域。特别是作为新一代通信技术,量子通信基于量子信息传输的高效和绝对安全性,成为近年来国际科研竞争中的焦点领域之一。

量子加密通信在本质上是激光通信?

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1、量子通信:划时代的崭新信息安全技术
进入21世纪,随着世界电子信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,以量子效应为基础的量子通信,将成为引领未来科技发展的重要领域。
量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式。量子通信是近20年内发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。
基于量子力学的基本原理,量子通信具有高效率和绝对安全等特点,因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。量子通信按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类,前者主要用于量子密钥的传输,后者则可用于量子隐形传送和量子纠缠的分发。
量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象,即通常所说的“量子纠缠”。所谓量子纠缠,是指微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管它们相距多远,只要一个粒子状态发生变化,另一个粒子状态也会发生相应变化。量子态隐形传输就是指利用量子纠缠技术,借助卫星网络、光纤网络等经典信道,传输量子态携带的量子信息。

也许这个引出这个话题的朋友有些误解,当前传统意义上的量子通讯并不能做到直接的量子纠缠通讯,毕竟量子叠加态的波函数会随着测量而坍塌,因而从理论上否决了直接使用量子纠缠通讯的可能!也许这就是很多攻击量子通讯是挂羊头卖狗肉的重要论点!但事实上量子通讯从来都没有标榜过自己是量子纠缠通讯,下面我们就来简单了解下当前如火如荼开展的量子通讯是个嘛玩意!

图为量子通讯示意图

一般意义上讲,量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式;从物理学上讲,量子通信是在物理极限下,利用量子效应实现的高性能通信方式;从信息学上理解,量子通信是利用量子力学的基本原理或者量子态隐形传输等量子系统特有属性以及量子测量方法,完成两地之间的信息传递。
为了让量子通信从理论走到现实,从20世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。
1993年,在美国科学家贝内特提出量子通信概念后不久,6位来自不同国家的科学家,基于量子纠缠理论,提出了利用经典理论与量子理论相结合的方法实现量子隐形传送的方案,量子隐形传送不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义,而且可以用量子态作为信息载体,通过量子态的传送完成大容量信息的传输,实现原则上不可破译的量子保密通信。
1997年,在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作,首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验室成功将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。
欧盟从20世纪90年代末便开始集中国际力量,致力于量子通信的研究,相关项目多达12个;日本邮政省更把量子通信作为21世纪的战略项目。经过多年的发展,量子通信这门学科已逐步从理论走向实验,并向实用化发展。

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【诸葛小彻军情观察第332期】近日,国际权威学术期刊《科学》子刊《科学·进展》日前发表文章称,中国科技大学郭光灿院士和李传锋、许金时等人,在研究噪声信道量子容量激活等问题时,首次实现了零容量量子信道中量子信息的双向传输,该实验的成功,打破了之前的量子信道方面的理论。

2、量子通信具有传统通信不可比拟的优点
量子通信是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科,与目前成熟的通信技术相比,量子通信具有保密性强、大容量、远距离传输等特点和优势。
量子通信是无懈可击的安全保密通信。现代通信技术在给人们带来便利的同时,也不断引发安全、隐私等方面的问题。此前所有的通信方式均需要呈现清晰的明文,而量子通信则属于隐形传输技术。
据相关专家介绍,用光量子电话网,虽然跟平常打电话一样,却不用担心被窃听,相互之间通话绝对安全。这是因为量子通信采用的是“一次一密”的加密方式,两人通话期间,密码机每分每秒都在产生密码,牢牢“锁”住语音信息;一旦通话结束,这串密码就会立即失效,下一次通话绝对不会重复使用,而且量子通信所提供的密钥无法被破解。
本质上看,量子密钥分配其实依旧依托于光纤通信,而单光子具有不可分割性是量子密码安全性的物理基础,因而量子密钥分配并非颠覆经典通信,更像是给经典通信增加了一把量子密码锁。因此,只要在现有网络上安装一个小装置,人们的通信安全将变得无懈可击。

一、当前流行量子通讯到底是一种什么样的通讯?

量子通讯是近20年内发展起来的新型交叉学科,是信息论和量子论相结合的研究新领域,主要是指利用量子相关方面的纠缠效应,进行信息传递的一种新通讯方式,研究内容包括量子密集编码、量子远程传态和量子密码通信等,伴随着国际社会在这方面的深入研究,当前这门学科已经从理论转向实用化阶段。

量子通信是超光速通信。研究人员发现,即使将两个纠缠态亚原子粒子分隔到宇宙距离,它们之间的通信也几乎是即刻的。
可见,量子通信速度是超光速的。与传统光速通信相比,量子超光速通信具有许多人们梦寐以求的优点:量子超光速通信的线路时延为零,从而可实现最快通信;量子信息传递的过程不会为任何障碍所阻隔;量子超光速通信完全环保,不存在任何电磁辐射污染。
量子通信是超时空穿越的远距离通信。量子通信属于隐形传输技术,它与人类历史上此前已有的通信技术有着本质的差异。科学实验证实,量子隐形传态过程中穿越大气层的可能性,为未来基于卫星量子中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。量子隐形传输如同科幻小说中描绘的超时空穿越,量子在一个地方神秘消失,又在另一个地方瞬间出现。
量子通信具有超高信道容量。信道容量是指信道在噪声环境下有效传输信息的能力,是通讯领域最基本的问题。量子信道不仅可以传输经典信息,还可以传输私密信息和量子信息,每种情况对应一个信道容量。
与传统通信方式相比,量子通信具有超高信道容量的明显优势。有专家预测,量子通信技术可能在二三十年后对人类社会发展产生难以估量的影响,量子通信理论研究和量子通信实践应用的不断突破,充分表明量子通信已成为21世纪通信与信息领域发展的方向和主流。可以说,量子通信将催生量子信息时代的来临。

很明显量子纠缠无法直接传输信息,因此当前的量子通讯并不是直接的量子纠缠通讯!而是量子密钥+传统通讯的一种混合通讯方式!准确的说在这种通讯中,被分离了的纠缠态光子只担任密钥的传输,而数据传输还是通过传统信道来进行的!

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3、量子通信的军事用途广泛
量子通信在国防和军事应用方面拥有广阔前景。从1994年起,美国国防高级研究计划局致力于用3年至5年的时间推进量子通信技术方面的研究,美军实施了“以不加外力传输的方式向战场和全球传输报文能力”的量子通信计划。
当前,世界范围内的量子通信研究具有广阔的应用发展前景,特别是在国防和军事领域,量子通信具有信息安全传输和超光速通信等优势,显示出了无与伦比的魅力。

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图为量子通讯示意图

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传统通讯方式是密钥和通讯数据走的是同一个通道!而量子加密通讯方式是量子密钥信道和传统信道是分离的,或者至少在传递模式上是分离的!看到这里吃瓜群众有一个疑问了,既然量子纠缠无法传递有效信息,那么它是怎么传递密钥的?毕竟密钥也是信息不可分割的一部分!

量子通讯有哪些具体特点?

WT-1量子路由器与WT-2量子交换机。

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量子通讯之所以成为世界各科技强国重点研究的领域之一,是因为相比传统的通讯方式,量子通讯具有众多无可比拟的巨大优势,其中最具看点的当属绝对安全和及时高效等特点,此外,量子通讯还具有传输容量大、传递远距离优势,是未来通讯领域最重要的研究方向之一。

一是能够应用于通信密钥生成与分发系统。量子技术最大的特点是具有完全安全性,这是传统加密通信无法实现的。在现有的军事通信系统网络基础上,可以通过天基平台部署量子通信密钥生成与分发系统,向未来战场覆盖区域内的任意两个用户分发量子密钥,从而构成作战区域内机动的安全军事通信网络。
二是能够应用于信息对抗。由于光量子密码具有“不可破”和“窃听可知性”,且光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合。因此,可以用来改进目前军用光网信息传输保密性,从而提高信息保护和信息对抗能力。
三是能够应用于构建超光速信息网络。军事信息网络需要大容量、高速率传输处理及按需共享能力。随着量子通信技术的研发突破和日趋成熟,可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点,建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。
4、世界各国积极抢占量子通信制高点千赢qy8com,
量子通信是面向未来的全新通信方式,由于其具有传统通信方式所不具备的绝对信息安全传输特性,在国家安全、军事、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景。因此,量子通信的研发得到各国官方及通信研究领域的高度重视。
发展量子通信技术的终极目标是构建广域乃至全球范围的绝对安全的量子通信网络体系。通过光纤实现城域量子通信网络连接一个中等城市内部的通信节点、通过量子中继实现邻近两个城市之间的连接、通过卫星与地面站之间的自由空间光子传输和卫星平台的中转实现两个遥远区域之间的连接,是实现全球广域量子通信最理想的路线图。

这就不得不提一下BB84协议,这是Bennett和Brassard在1984年提出了世界上第一个量子密码协议:BB84协议!在协议中采用的并不是测量纠缠态光子的幽灵般的超距作用,而是利用了一对分离光子的偏振态!在协议中采用的线偏振和圆偏振是共扼态,根据海森堡测不准原理,两个偏振态只会有一个准确!因此假如有第三方窃听者在光路中测量这些光子的偏振态时,那么其纠缠光子的状态就会发生变化,使得发送方和接收方能都能发现有第三个人的存在!并且线偏振态和圆偏振态是非正交的,无法制造一模一样状态的光子来欺骗接收方,海森堡测不准原理和纠缠态光子无法克隆的原理保证了BB84协议的绝对安全性!

量子通讯的安全性体现在不会泄密,主要是因为量子加密的密钥具有随机性特点,即使被对方拦截,也无法获得正确的密钥,从这个方面来说,量子信号中所传递的信息是无法被破解的,其次,相互纠缠的两个粒子,如果其中一个发生改变,另一个也会立即发生改变,其所传递的任何信息都会被破坏,因此,量子通讯的安全性也就可以被保证。

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二、量子加密通讯使用哪种类型的数据通道?

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量子通信使用一次一密码图解。

量子加密通讯并没有规定必须使用哪种数据通道,我们可以使用传统的无线电通讯,或者光纤通讯,或者有线电缆通讯都没有影响,因为量子密钥发放是独立的通道!就像你我手中钥匙已经快递过来了,那把锁是海运还是空运又或者是公路运输有什么关系?

图为中国093核潜艇

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量子通讯在军事上有哪些用途?

在这一路线图的指引下,欧洲、美国和中国等在过去几年中均进行了战略性部署,投入了大量的科研资源和开发力量,进行关键技术攻关和实用化、工程化探索,力争在激烈的国际竞争中占据先机。光纤量子密码技术目前正从点对点量子密钥分发的初级阶段向实现多节点网络内的量子安全性阶段发展,全球许多国家正在加紧进行量子通信系统的实用化和工程化建设。
量子通信技术具有极大的军事应用价值。美国国防部已将量子通信推向实用化,并将其视为最安全的通信方式。由美国国防部高级研究署支持,BBN公司技术部联合波士顿大学与哈佛大学共同开展了量子保密通信与IP互联网结合的五年试验计划。
该计划主要内容是以BBN技术部、波士顿大学和哈佛大学作为三个节点,构建融合现行光纤通信网、互联网和量子光通信的量子互联网,并在此基础上实现保密通信。
在欧盟发布的《量子信息处理和通信:欧洲研究现状、愿景与目标》战略报告中,提出了欧洲未来5年至10年量子信息的发展目标。例如将重点发展量子中继和卫星量子通信,实现1000千米量级的量子密钥分配。
欧洲空间局计划到2018年,在国际空间站的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路,首次演示绝对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。
日本提出了量子信息技术长期研究战略,计划通过高强度的研发投入,在未来5至10年内建成全国性的高速量子通信网。日本国立信息通信研究院计划在2020年实现量子中继,到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。
我国在这方面处于国际领先水平,已经实现了超过200千米的安全量子信息传输,实用化安全传输距离已达到几十千米,量子通信网络技术已发展成熟。
中国的起步不错,也有很好的学术带头人,下一步的发展目标就是明确定位等相关问题。一方面是注意与现有通信的融合,要善于借鉴现有的通信技术;另一方面,安全性是量子通信在实际应用中的体现,应在未来制定量子通信安全性标准。
量子通信从原理走上小范围专用问题的实用化,是现在全世界都在努力的方向。如今量子通信技术的研究已经从科研阶段进入试点阶段,未来随着量子通信技术的大力发展,将向规模商用阶段迈进,量子通信的绝对保密性也决定了其在军事、国防、金融等领域的广阔应用前景。

三、量子密钥的加密方式能被破解吗?

由于量子通讯具有高效性和安全性,因此在未来信息传输中会占据越来越重要的地位,量子通讯将逐步走进人们的生活中,极大地促进国民的经济发展水平,诸葛小彻认为,除了在金融、信息等民用安全领域发挥不可替代的作用外,还将在国防安全等军事领域占据主导地位,成为未来军事科技发展最顶级的技术之一。

从BB84协议方式来看,理论上是不可能破解的!但它的发放机制可能存在漏洞,实际量子密钥分配发放模式如下:

军事领域对量子通讯需求最迫切的应属于核潜艇部队,由于核潜艇长期处于水下航行状态,如果下潜深度过低,传统的通讯手段将无法正常接收信号,上浮状态又容易暴露自己的航行目标,诸葛小彻认为,如果成功实现量子通讯在潜艇上使用,将不会存在需要接收信号而紧急上浮的事情,这一点对于战略核潜艇至关重要,也因此有媒体评论称,量子通讯作为一种黑科技,其重要价值甚至超过10枚核武器。

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理论上的QKD是绝对安全的,但实际的QKD系统与理论模型之间还存在难以消除的偏差,原因是QKD系统采用的四个信号源不可能做到完全一致!因此系统中不可避免的存在边带信号,第三者可以通过分辨四种信号源发出的不同特征获取密钥信息!这是QKD系统理论上存在的漏洞,而最近上海交通大学研究团队则是通过注入种子频率光子取得谐振,进而复制出密钥光子获取密钥!密钥盗取成功率达到了60%以上!当然这些方式并不代表量子密钥不堪一击,首先这种模式必须突入QKD发放核心,相当于给猫去挂上铃铛的过程!其次这并不是量子密钥发放的理论漏洞,而是实际器件偏差所产生,未来随着发放技术的改进和设备偏差的减小,这种窃听方式将会被杜绝!

四、量子加密通讯产业能上市吗?

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其实这混淆了科学研究与商业模式两个概念,有规定科学研究不能与商业模式相结合吗?如果有良好的商业应用前景,以良性循环推进与促进科学研究,这不是事半功倍么?难道科学研究真的要和商业行为绝缘?这样的思维只能固步自封,闭门造车!还要将科学封闭在自我陶醉的圈子里吗?这是对科学不负责任,更是对未来不负责任……!