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物理英才||量子通信争议,都在争些哪些?

更新时间:2023-10-31 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

“英才计划”是中国文联、教育部于2013年举办的青少年科技创新后备人才培养计划,主要任务是选拔一批品学兼优、学有余力,具有创新潜质的学生走入学院,在自然科学基础学科领域的知名科学家指导下出席科学研究项目、科技社联活动、学术研讨和科研实践等活动。R8q物理好资源网(原物理ok网)

2018年3月,中国科大学学院与中国文联牵手,在国交大官方陌陌公众号开办“物理英才”频道,传播科学思想和科学知识。R8q物理好资源网(原物理ok网)

近来几年,我国在量子通信领域取得了一些重要进展,但也出现了一些争议,我来简单谈一谈都是如何回事。R8q物理好资源网(原物理ok网)

量子通信是保密通信的一种。通信亦即一切传递信息的活动,包括谈话、写信、打电话等。下边以打电话为例。R8q物理好资源网(原物理ok网)

张三和李四说话,假若不害怕他人看见,这么轻言细语也好,小声吆喝也罢,都无所谓的中国 量子通讯,如何便捷就如何来。这就是通常的通信。R8q物理好资源网(原物理ok网)

张三和李四想说些秘密的事情,不想让其他人听到,那就要想些办法,否则被王麻子晓得了,他都会来捣乱。王麻子这个人非常反感,千方百计地就是要偷听张三和李四的通话,但是还不能让他俩晓得自己把握了她们通话的内容,否则就不好捣乱了,并且有可能被张三和李四设个套路,把自己误导到沟里去。这就是保密通信。R8q物理好资源网(原物理ok网)

为了实现保密通信,张三和李四最好的方式,其实是压根不让王麻子晓得她们在说话。这是保密通信的最高境界,倘若能做到这一点,张三和李四想怎样说就如何说,想说哪些就说哪些,无所谓了。R8q物理好资源网(原物理ok网)

然而,王麻子早已盯上她们许久了,很难摆脱的。张三和李四想要谈论秘密的事情,不让王麻子晓得她们说的内容是哪些,就只有两种方式了。R8q物理好资源网(原物理ok网)

一种方式是保证王麻子听不懂她们说的话,他可以看到,而且听不懂。例如说,张三和李四都是福州人,说着一口流利的广州话,这么西北长大的王麻子肯定就抓瞎了。并且,假如王麻子的鄙人王八蛋也懂潮州话,这个方式肯定不能使了,张三和李四就要换用她们在苏门答腊国学会的鸟语了。这就是精典保密通信,用密码把信息加密,让偷听者听了也白听。至于说具体的加密方式,那就有好多种了,现今的大多数方式都是基于图论的,最知名的就是“公共秘钥加密”方法。R8q物理好资源网(原物理ok网)

另一种方式是保证王麻子听不到她们说的话,假如他来偷听,就立即报案。张三和李四只要晓得有人在偷听,就把昨天说的话全部作废,俺们重新来过。老话说“隔墙有耳”,这些方式曾经是做不到的,并且随着量子理论的发展,如今可以做到了,这就是量子保密通信,一旦有人偷听,这里立即报案。至于说具体的加密方式,也不止一种,最知名的就是基于“BB84合同”的单光子通信。R8q物理好资源网(原物理ok网)

总结一下,保密通信有两大类,精典方式和量子方式。精典方式赌的是你听了也白听,总之你解不了密,不晓得我们说的是哪些,所以完全可以用大扬声器吆喝;量子方式赌的是我们有个绝对安全的沟通渠道,只要有人偷听,我们立即就晓得,之后采取举措恢复安全,但是被盗听的内容也都作废了。具体的实现方法有好多种,尽管并不是很复杂,但也不是三言两语就可以讲清楚的——这方面的科普文章好多了,我就省点力气吧。R8q物理好资源网(原物理ok网)

精典方式主要依赖于物理,量子方式侧重于数学,但都是服务于共同的革命目标——我们张三和李四说些体己话,你王麻子就不要来捣乱了。近来几年,我国在量子保密通信方面有好多进展,沪宁干线啦、墨子号卫星啦,形势一片大好,可是同时也出现了一些争议,究竟是为何呢?真的是“卫星上天、红旗落地”吗?R8q物理好资源网(原物理ok网)

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虽然争议仍然存在,只是现今愈发公开化了。争议大致是这样的:R8q物理好资源网(原物理ok网)

精典派觉得,物理方式早已足够好了,若果有必要的话,我们还可以进一步提升保密的能力。例如说,只要简单地降低密码的宽度,就可以轻松地大胜越来越强悍的破解能力。数学技巧太脆弱,我随意捣捣乱,你昨天说的话就得作废,让你失约而肥、活活噎死你。并且物理方式可以用大喇叭喊,通话双方在那里讲话都无所谓,而化学方式依赖于绝对安全的信道,通话双方必须老老实实地呆在固定的位置。R8q物理好资源网(原物理ok网)

量子派还击说,量子计算机你据说过吗?就你那种加密水平,等量子计算机研发下来了,分分钟把你扒个干净!说哪些量子信道脆弱?只要你敢来偷听,我立即就晓得,马上就让你品尝武装保卫力量的铁拳!R8q物理好资源网(原物理ok网)

在我看来,这两派虽然都有些空对空。首先,量子计算机如今是“八字还没有一撇”,他人其实不会担心你的虚言恐吓;其次,量子保密信道的绝对安全性是由量子化学学保证的,没有人怀疑其理论上的正确性,你们争辩的实际上是它的工程意义。至于说科普文章里常常提及的量子热学的各类哲学解释以及由此引发的各类争辩,虽然都是没有必要的噱头。R8q物理好资源网(原物理ok网)

量子计算机距离现实还很远,别看这几年微软、微软、IBM之流宣传的调门很高,而且距离真正就能破译现行密码体系的量子计算机,我只能保持慎重豁达的心态。大约再过20年,这个领域就可以诚恳地宣告:只要再过20年,这个领域就可以……R8q物理好资源网(原物理ok网)

量子保密通信的破解也仅仅是宣传下来的疗效。譬如说,这三天的一个新闻声称某研究团队破解了“量子通讯”,之后该团队发表申明说其结果是支持“量子通讯”的,还有各类各样的新闻评析。并且你若果仔细瞧瞧她们的研究论文,都会发觉偷听者王麻子具有极其强悍的能力,实际上能够控制张三发送的信息(尽管她们只是在一些情况下锁定了张三的激光器),所以并没有哪些实际意义。换句话说,张三有十分简单的方法可以测量到王麻子在干扰系统,但是他却没有那样做,其实都会被盗听。这个研究并不影响量子保密通信的基础。R8q物理好资源网(原物理ok网)

虽然,量子保密通信是否全面施行主要是个工程问题,甚至是个决策问题。支持者们主要是努力提升系统传输信息的效率和减少成本,这儿面包括制订合适的合同、改进光源和侦测器的效率、拓展光纤通信的距离、防范施行过程中可能出现的漏洞、探索地空通信乃至卫星间通信的可能性,等等;反对者们主要是主要针对其脆弱的系统、巨大的成本,指责其是否具有所宣称的保密性、究竟能够代替久经考验特别成熟的公共秘钥系统。既然不仅仅是科学问题,这么就不免要涉及宣传,宣传的时侯其实也就多挑自己有利的讲,多挑你们想听的讲。R8q物理好资源网(原物理ok网)

我对这件事情的想法是,你们争辩的是量子保密通信的工程意义,而我们普通人没有决策权,争辩虽然是给他人看的。深入到具体细节,普通人很难判定谁是谁非,即便这中间还有许多的利益畸恋。R8q物理好资源网(原物理ok网)

这个问题的关键在于决断,也就是说须要保密的人认为值不值。假如张三和李四讨论的只是吴家长、李家短,自然没有必要设置非常高的保密标准;假如她们关心的是三体的入侵、地球的危亡,其实就要防止来自火星的王麻子偷听绝密。R8q物理好资源网(原物理ok网)

就事论事地说,保密通信是一个系统工程,最终的疗效取决于整个系统的最弱项,而不是最长板,并且还要考虑保密和效率之间的权衡,现实情况与未来发展的冲突。据悉,保密通信有个蕴涵的假定,就是通信双方的能力和资源与对抗者相差不太大,否则就没有意义了——美国首相特朗普会遭到通俄的怀疑,而普通人肯定没法对抗棱镜计划。保密通信里常常提及的“中间人功击”就是偷听者和通话者实力相差过分悬殊的情况,并没有太多的实际意义。普通人保密的王牌在于自己的平凡身分、无密可言,只要自己注意不要上电话骗局的当就可以了,至于说CIA这样强悍的力量,其实是“千钧之弩,不以鼷鼠发机;万石之钟,不为尺梃成响”。R8q物理好资源网(原物理ok网)

但是,你说量子计算机不可能实现,精典保密系统牢不可催,但决策者并不一定这样觉得,他也肯定没有耐心去听你严格的证明;你说绝对保密的通讯渠道十分脆弱,任何简单的干扰就会造成难以有效地传递信息中国 量子通讯,但决策者其实须要的正是这样一个诱饵,把任何勇于在这个通道上撩猫逗狗的家伙就地正法——再指出一遍,量子保密通信保证的是,只要有人偷听,我就一定会晓得。R8q物理好资源网(原物理ok网)

再说,具有决策权的人,须要考虑的事情也不仅仅是保密通信这一个问题。对于早已投入和即将投入的高达几十亿甚至上百亿的资金来说,虽然决策者也要谨慎考虑,是投入到量子保密通信的发展呢,还是拿来强化精典保密通信的研究呢?似乎更应当构建超级粒子加速器便于尽快超欧赶美,或则修一条海底隧洞直元江南岛因而推动经济发展呢?那些都是问题,十分困难的问题。R8q物理好资源网(原物理ok网)

在我看来,这就是目前关于保密通信的主要争议。我没有提及任何的技术细节,只是为了防止干扰读者对整体形势的认识。我认为,不管是精典派还是量子派,都应当针对具体问题进行讨论,不宜避实就虚、顾左右而言他。更重要的是一定要认识到,这是个工程问题,更是个决策问题。R8q物理好资源网(原物理ok网)

姬扬:中国科大学学院博士生导师、中科院半导体所研究员、中国科大学“百人计划”获得者,“杰出青年基金”获得者。在中国科大学半导体研究所工作,从事半导体化学学方面的实验研究。R8q物理好资源网(原物理ok网)

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