江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 科技 > >

量子保密通信|走进神秘的量子世界( 二 )


传统通信方式建立在加密算法或者加密技术基础之上 ， 如果计算能力足够强大破解了加密算法 ， 就有被窃听风险 。 量子的独有特性 ， 使其具有不可克隆、测不准等先天优势 。 用量子做成的密钥来传递信息 ， 加密内容不会被破译 ， 窃听者必然会被抓包 ， 这为破解信息加密瓶颈提供了解决方案 。
向着安全通信的梦想努力奔跑——我国于2016年8月份发射的墨子号量子科学实验卫星 ， 在2017年星地量子密钥分发的成码率已达到10千比特/秒（kbps）量级 ， 成功验证了星地量子密钥分发的可行性 。 目前 ， 经过系统优化 ， 密钥分发成码率已经达到100千比特/秒（kbps）量级 ， 具备了初步实用价值 。
1120公里！2020年 ， 墨子号量子科学实验卫星再立新功：科学家们利用墨子号作为量子纠缠源 ， 向遥远的两地分发量子纠缠 ， 在国际上首次实现了千公里级基于纠缠的量子密钥分发——为量子通信走向现实应用奠定了重要基础 。
量子通信克服了经典加密技术内在的安全隐患 。 因为 ， 其安全性不依赖于计算复杂度 ， 这是原理上无条件安全的一种通信方式 。 中国科学院院士潘建伟称 。
量子计算潜力无限
除了量子保密通信 ， 科学家们密切关注的另一个重要应用是量子计算机 。
在古代 ， 人们就已制造出了可作一定计算的器具与机器 。 比如 ， 中国发明的算盘 ， 欧洲早期发明的各种计算器械 。 现代意义上世界第一台计算机名为埃尼阿克 ， 它重达27吨 ， 占地150多平方米 ， 在1945年建造成功 ， 目的是计算炮弹弹道 。 冯诺依曼1945年明确提出了存储程序通用计算机方案 ， 规划了电子计算机架构 ， 使得计算机可以被广泛应用 。
但是 ， 现有计算机基于微处理器芯片摩尔定律 ， 这无疑会碰到技术瓶颈 ， 于是人们开始思考建造一种全新计算机——量子计算机 。 根据范桁的介绍 ， 量子计算机的运行遵循量子力学原理 ， 以量子比特为基本信息单元 ， 以量子纠缠、相干叠加和量子测量为特色 ， 其发展也将遵循经典计算机类似的轨迹 。 不过 ， 我们现在看到的量子计算机原型机功能比较单一 ， 只能模拟某些特定量子过程 ， 或者解决某些简单问题 。 范桁说 。
如果世界上有量子计算机 ， 我们现有经典计算机能否实现其功能？范桁分享了国际科研进展 。 2019年 ， 谷歌宣布实现了53个量子比特的超导量子计算 ， 在处理随机线路采样问题时 ， 其200秒完成的任务经典计算机要用一万年 。 目前 ， 超导量子处理器芯片已达到50个至100个量子比特 ， 用经典计算机模拟其功能需要用天河或者太湖之光这样的超级计算机 。 多增加一个量子比特 ， 经典计算机资源就需要翻番 ， 这个竞争将不具有持续性 。 因此 ， 量子计算机的功能不可能用经典计算机来替代 。 范桁表示 。
不仅如此 ， 与经典算法相比 ， 人们已知运行于量子计算机的某些量子算法具有明显优势 。 比如 ， 肖尔算法和格罗夫量子搜索 ， 它们都在信息安全方面具有重要应用 ， 这些算法的实用化运行将迅速对现有信息安全体系造成全面冲击 。 在实用性方面 ， 量子搜索算法可以期望应用于大数据；量子退火算法可以应用于优化问题 ， 比如物流和交通优化等；量子模拟可以被应用于量子化学和量子物理研究 ， 比如生物合成和药物筛选等；量子模拟向量网络态可应用于机器学习和神经网络等 。
既然如此强大 ， 量子计算机何时能从梦想照进现实？范桁坦言 ， 量子计算机的研究刚刚起步 ， 距离实用化需要的成千上万个量子比特仍有较大距离 。 此外 ， 量子计算机的建造兼具工程与科学特色 ， 不可控因素较多 ， 技术上也有瓶颈需要克服 。 因此 ， 需要各领域专家联合攻关 ， 在集中资源重点突破的同时 ， 兼顾多种技术路线 。
【量子保密通信|走进神秘的量子世界】


推荐阅读


上一篇：中关村在线|500W电源横评：电压偏离其实没那么简单

下一篇：亓纪的想法|10月23日，苹果公司突然宣布新规，网友最担心的事情还是发生了