“墨子”的洪荒之力

策劃/藍(lán)藍(lán)和　執(zhí)行/李一一

“墨子”的洪荒之力

策劃/藍(lán)藍(lán)和執(zhí)行/李一一

千百年來(lái)，人類(lèi)一直渴望實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信，而量子通信技術(shù)就能夠非常完美地實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想。過(guò)去的十年里，“互聯(lián)網(wǎng)+”改變了我們的生活，現(xiàn)在“量子+”正在改變互聯(lián)網(wǎng)。

我國(guó)成功發(fā)射的世界上首枚量子通信衛(wèi)星“墨子”號(hào)，遙相呼應(yīng)“京滬干線(xiàn)”地面最子通信網(wǎng)絡(luò)，誓將實(shí)現(xiàn)“天地一體化”量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。這是要做量子通信領(lǐng)域的“大哥”啊！

“墨子”深懷來(lái)自量子世界的“洪荒之力”，這必定是一個(gè)超乎想象的奇妙世界，也是一個(gè)很多人不了解的神秘世界。

叫“量子”的先舉個(gè)手

量子是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，能量的最基本攜帶者，且不可分割。以我們最熟悉的“光量子”為例，作為光能量的最小單元，不存在“半個(gè)光子”。光的能量都是以光量子的能量為單位逐份變化的，并且這種變化不是連續(xù)的。在量子物理學(xué)的理論體系中，大多數(shù)物理量的值都是不連續(xù)、離散式地變化的。

這樣的觀(guān)點(diǎn)在提出之初讓人難以接受，因?yàn)樗c經(jīng)典物理學(xué)中物理量是連續(xù)變化的觀(guān)點(diǎn)截然不同。然而，大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)讓科學(xué)家們逐漸接受了這一新的理論。

“絕對(duì)”安全的理由

從摩爾斯電碼到電報(bào)、傳真，從移動(dòng)電話(huà)到網(wǎng)絡(luò)通信，通信技術(shù)的發(fā)展在為人類(lèi)提供便利的同時(shí)也帶來(lái)了通信安全的隱患。但是，量子通信技術(shù)的出現(xiàn)，能夠完美地解決信息傳輸過(guò)程中的安全問(wèn)題，真正做到“絕對(duì)”安全。

量子通信作為絕對(duì)安全的信息傳送方式，主要體現(xiàn)在光量子的不可分割性上。由于光量子的不可分割性，所以在單光子發(fā)射的情況下，竊聽(tīng)者無(wú)法采用將光子分成兩半，一半用于獲得密鑰、一半傳輸給接收方的方式而不被發(fā)現(xiàn)；同時(shí)，光量子還具有無(wú)法克隆性，因?yàn)楣庾訜o(wú)法被準(zhǔn)確測(cè)量，所以更無(wú)法被竊聽(tīng)者復(fù)制，即無(wú)法通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量光子，克隆出一個(gè)一模一樣的光子從而獲取信息。換句話(huà)說(shuō)，在量子通信傳輸信息的過(guò)程中，一旦去竊取信息，就一定會(huì)被發(fā)現(xiàn)。

量子保密通信原理圖

另外，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算性能的不斷提高，以及量子計(jì)算機(jī)的研制與發(fā)展，傳統(tǒng)的公鑰算法(RSA)受到?jīng)_擊。相較于只能依靠密碼長(zhǎng)度和復(fù)雜性保證安全性的RSA算法而言，量子通信可以真正做到“一次一密”，從而使密碼無(wú)法被破譯。這也是量子通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)“絕對(duì)安全”的重要理由。

詭異的量子糾纏

量子糾纏現(xiàn)象是量子科學(xué)領(lǐng)域最古怪但也是最神奇的性質(zhì)之一，因?yàn)樗軌虍a(chǎn)生“幽靈般的超距離互動(dòng)”。毫不夸張地講，也許未來(lái)人類(lèi)能夠利用量子糾纏這一特殊性質(zhì)真正實(shí)現(xiàn)“瞬間移動(dòng)”。

量子糾纏到底有多詭異呢？假設(shè)有兩個(gè)相互糾纏的電子對(duì)，一個(gè)在地球、一個(gè)在月球，二者之間沒(méi)有任何傳輸線(xiàn)相連。如果你在某個(gè)時(shí)刻觀(guān)測(cè)到其中一個(gè)的自旋狀態(tài)，那么另一個(gè)電子在同一時(shí)刻的自旋狀態(tài)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。也就是說(shuō)，你在北京打了個(gè)噴嚏，你最?lèi)?ài)的那個(gè)人同時(shí)在巴黎打了個(gè)噴嚏；你夜半抬頭看星星，你最?lèi)?ài)的那個(gè)人即使是在火星上的白天，他也會(huì)仰起頭望向星空……腦補(bǔ)無(wú)數(shù)畫(huà)面，越想越詭異。

二者之間存在的這種奇妙的互動(dòng)就是量子糾纏，也曾被愛(ài)因斯坦稱(chēng)作“幽靈般的超距離互動(dòng)”。所以，在量子糾纏的幫助下，我們可以將另一個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送這個(gè)粒子本身。利用這種詭異的互動(dòng)，人類(lèi)也許可以在未來(lái)實(shí)現(xiàn)科幻電影中的“瞬間移動(dòng)”。

量子糾纏現(xiàn)象