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瀚海狼山:量子保密通信在军事应用上又有哪些新突破?|2022-09-08

前天谈到了可以用蓝绿激光卫星通信解决水下的潜艇一直是信息孤岛的世纪难题。而蓝绿激光卫星通信的最大难点又不在卫星系统而是在潜艇如何克服水下对激光束的扰动问题。看到这里不少观众就问了,说这几年来量子通信技术发展迅速,为何不在潜艇和卫星之间展开量子通信,还要通过激光束解决问题?实际上瀚海狼山(匈奴狼山)在这里要说,虽然量子通信技术这些年来频繁被提到,而且也有相当程度的技术突破,但是由于这类技术过于高深,大多数人并没有真正理解量子通信的本质是什么;以及现在在哪些方面已经取得了阶段性的突破,而又在哪些方面仍然只处于理论上的可能,现实中还需要有很长的路要去努力探索,才能最终实现彻底的技术突破。实际上狼山个人也不敢说对量子通信,

 

理解的百分百正确。只不过这里大致地解释一下。如有不当之处还需真正懂行的高手进行指正,就算是抛砖引玉也好!根据专业化的解释,量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递,基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理。无法被窃听和计算破解。主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。量子隐形传态基于量子纠缠对分发与贝尔态联合测量,实现量子态的信息传输,其中量子态信息的测量和确定仍需要现有通信技术的辅助。量子隐形传态中的纠缠对制备、分发和测量等关键技术有待突破,目前还停留在纯实验室阶段。而量子密钥分发是更现实的量子通讯模式。现在进行测试的基本是这类形式。这段话其实仍然是过于专业并不好理解。需要再仔细地解释一下。

 

量子的说法当然是来源于量子力学。量子并是自然界的某种粒子。而是电子、原子或者其他基本粒子,如果有共有的基本特征,就可以算做一组量子。而真正的量子通信,是利用的量子的叠加态和纠缠效应进行超级信息传递。为何叫做超级信息传递呢?这就是在于普通的物质和信息传递的最高速度,根据广义相对论,永远都不可能超过光速,也就是大约30万公里每秒。这个速度乍看足够快,但是对星际信息传递以及一些需要高速运行的设备来说,其实是不算多么快的。比如从地球往目前已经在冥王星轨道之外的旅行者号星际探测器发送一次无线电指令,而这个探测器又对地球的命令进行回答;意思是我收到命令了,也执行了。那么这个过程居然长达48小时以上。也就是两天两夜还多。

发送命令的人,等于发送完一次太空命令后,就可以回家休息2天再回来上班,打开电脑看探测器的回答,都不耽误事。这还仅仅是太阳系内外的“近距离”联络,而如果人类最终移民别的星系,那么与老家地球打一次招呼,恐怕就是千百年甚至几亿年的间隔了。真有事要说,绝不止是黄花菜都凉了的问题;恐怕那边都团灭了上亿年,这边还不知道。可见宇宙之大,人类实在是太渺小。那么就没有另外一个办法,直接有效地快速沟通,完全不受时间和空间的限制?结果还真找到了。这就是人造1对量子,或者无数对量子。一半放在家里,另外一半放在假设要移民外星的飞船上。不论这飞船飞到多少亿光年之外。哪怕到宇宙的边缘,只要让家里的这半量子出现一点状态变化,比如有1到2的变化,

 

那么飞船的那一半量子,就会出现完全相同的变化,完全不考虑时空距离的间隔。更不需要像传统的激光或者无线电波一样需要空间和时间的传递。因为量子只要有1到2或者0和1的二进制变化,就可以传递无限的、复杂的信息。这样就彻底解决了超长距离通讯的难题。为何出现这种完全不受时空限制的现象,到现在也没有一个最合理的解释。这也说明真实的宇宙比广义相对论定义的更为复杂。那么现在测试的量子通信技术。就是制造一对相互缠绕的量子,像信鸽一样,让出门的人随时带一半在身边,然后无限距离随意通信吗?其实这个方案,在技术上仍很难实现。当前测试的其实是量子密钥,而不是直接分发1对量子而中间不需要任何媒介。量子密钥通信仍然必须通过传统的无线电或者激光手段传递。

只不过在所有的0到1的高速通信编码中,每段都经过了量子密钥的加密。而量子密钥本身也是通过无线电或者激光随时分发给被通信对象的。那么这么做有什么好处呢?这就是经过量子密钥全程加密的信号,都无法被窃听和破解。一旦被窃听和破译,那么最终得到的必然是无限的乱码,原则上毫无用途。因为窃听和破解者都没有同步的量子密钥。而真正掌握密钥的通信双方,也会在第一时间知道有对手在窃听和破解。于是经过量子密钥加密的传统通信信号,原则上是永远不可能被外人破解的。具有绝对的信息安全性,最适合军事上的保密以及其他需要特别加密的信息传递,比如银H信息等。那么事情既然如此简单,在全球大规模推广就是了。但是量子密钥加密和通信的最大技术难点也同时出现了。

这就在于如果量子密钥加密通信只要进行中途窃听和破译,那么就会破坏正常的量子通信过程,被窃听双方也会立即知道有人在窃听。那么反过来说,就等于有外人甚至是敌人,一旦插入到量子密钥通信系统中,则正常的沟通只能被临时破坏和突然中断。也就是等于有人突然对你和家人的电话通信进行实时窃听,那么你与家人的电话对话只能立即掉线一样,虽然你与家人通话的内容窃听者什么也听不倒,但是你与家人的联系也只能暂停。这就是当前量子密钥通信试验的最大BUG。要真正实现量子密钥对现有通信手段的彻底升级,首先就要彻底克服被窃听就立即中断的问题。而在这方面,长耳朵家明显已经有了可行的方案,并且正在测试。这也是超级大国对这类技术突破高度敏感的根本原因。

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