先說”量子通信”的現(xiàn)狀:
很多人誤以為可以通過一對糾纏量子傳遞信息,從而實現(xiàn)信息不可攔截、如果攔截了會被察覺。這種說法越傳越神,甚至演繹成可以跨越時空、海水障礙對潛艇通信。
實際根本不是那么回事,
先說一下量子糾纏是怎么回事。量子糾纏來源于愛因斯坦的EPR佯謬:
現(xiàn)實世界中,如果一個物體分裂成兩部分,會保持動量守恒,如果一塊向東,則另一塊必然向西,如果向東的那一塊帶左旋,則向西那塊必然帶右旋,由于動量是矢量,兩塊物體動量和仍為0。
對于微觀粒子,就有問題了,一個粒子自發(fā)分裂成兩個,由于粒子在觀測前左旋和右旋是不確定的,倆粒子到底誰左旋誰右旋?如何保持動量守恒?這是不確定的,這就是所謂的糾纏。如果觀測后這邊粒子是左旋,則遠在天邊的另一個粒子必然瞬間是確定是右旋,從而維持動量守恒,就好像有心靈感應一樣。
根據(jù)量子力學的解釋,兩個糾纏量子這個過程并沒有瞬間信息傳遞。量子狀態(tài)只能被“觀察”,從而看到這邊是1,那邊是0,至于是0還是1,那是隨機的。不能人為設(shè)置這邊是1讓另一邊變0(反之亦然),即糾纏量子從理論上就不能傳遞信息的,否則違反相對論(信息、能量超光速傳遞)。
所有宣揚能通過糾纏量子瞬間遠程不需要介質(zhì)就能傳遞信息的,都是無知或騙子(不管名氣有多高)。
當前量子通信實際上叫做“量子保密通信”。
即利用量子糾纏特性:雖然我不能人為設(shè)置量子狀態(tài),但我通過觀察一組量子狀態(tài),比如看到這邊是1001,那么另一邊必然是0110,
我就以1001作為密鑰,對明文加密,然后通過傳統(tǒng)信道(光纖、激光、無線電等)發(fā)送出去。對方就用0110的反狀態(tài)1001做解密密鑰。
通過這種方式可以保證密鑰傳遞的絕對安全。
那么密鑰傳遞絕對安全,通信是否就”理論上絕對安全”了呢?很遺憾:僅有密鑰傳遞絕對安全,是遠遠不夠的。
通信要安全,需要做到幾個方面:
一,通信渠道安全。
比如我們的國防光纜通訊,比無線電安全多了,但仍不是絕對安全。
前面說過,量子保密通信,并非通過量子糾纏特性傳遞信息(違反相對論),仍然得通過光線、激光等傳遞,仍然可以被對手攔截并嘗試破譯(能不能破譯后面說)。
退一萬步來說,如果真的不需要傳統(tǒng)信道就能跨越時空傳遞信息,那就完全不可被攔截,那傳遞明文也是理論絕對安全的,那又何必去加密?
這一點上看,利用量子糾纏直接傳遞信息,無論從理論和實際,都是不可能的。量子保密通信的密文,既然通過傳統(tǒng)信道發(fā)送,就是可被攔截的,并且敵人攔截了你的密文通訊,你也是不會知道的。說白了這就是傳統(tǒng)通信方式。
二,加密手段安全
又分密鑰分發(fā)、密鑰長度、加密算法三個方面。
1、密鑰分發(fā):不能被敵人攔截。
這一點,量子密鑰分發(fā)是理論上絕對安全的,比傳統(tǒng)密鑰分發(fā)方式有優(yōu)勢。量子保密通信的“量子”優(yōu)勢就體現(xiàn)在這里。
遺憾的是這個優(yōu)勢并不大。原因是,傳統(tǒng)加密被破譯,絕大多數(shù)并不是通過攔截密鑰實現(xiàn),而是通過攔截密文、通過數(shù)學分析等手段,實現(xiàn)破譯。
歷史上能攔截到密鑰的例子并不多,比如潛入對方基地盜取密碼本、像電影《U571》那樣登上德軍潛艇搶奪密碼機,等等。攔截密鑰,代價極高,且有一定運氣成分。所以破譯對方密文,能到密鑰最好,攔截不到也可以嘗試用數(shù)學方法破譯。
2,密鑰長度
密鑰如果太短,就必須重復使用,從而在密文中出現(xiàn)規(guī)律,被對手利用而破譯。
只有一種加密手段可以理論上不可破譯,并且可以用數(shù)學進行證明(香農(nóng)證明的),那就是:密鑰長度等于明文,且一次一密,即所謂便箋型密鑰。
問題是,你如果要傳遞1k的信息,就得分發(fā)1k的密鑰,如果是視頻通信上GB的數(shù)據(jù)量呢?同理。所以某團隊聲稱通過量子保密視頻通信,那也就是視頻通訊前,先制備上G個糾纏粒子(1G就是10億)和分發(fā),這可能嗎?如果不是這樣制備密鑰,只用了短密鑰(比如128位,不斷重復使用)其安全可信度有多大?這不就跟傳統(tǒng)加密一樣嗎?
當你的密鑰長度很短時,舉個極端例子,密鑰僅有1位,敵人根本不屑于截獲你的密鑰,直接通過密文也秒破。至于這區(qū)區(qū)1位密鑰,你通過最原始的手抄分發(fā)還是量子分發(fā),無所謂。
所以“理論上安全”是不存在的。
3,加密算法
前面辛辛苦苦分發(fā)了密鑰,如果用一個弱智算法,加密出來也是不安全的。
綜上,“無條件安全”是不存在的。都是有條件的安全。
當前的“量子保密通信”,僅僅在密鑰分發(fā)一個環(huán)節(jié)應用了量子糾纏特性。和傳統(tǒng)加密方式相比,并無明顯優(yōu)勢。
至于信息發(fā)送也還是傳統(tǒng)的光纖或無線電。這一點很關(guān)鍵,頭條很多“科普作者”對這一點支支吾吾,一開篇就先講一大堆糾纏量子的神秘效應,純粹是誤導。
關(guān)于墨子號量子通信衛(wèi)星
實際上衛(wèi)星的任務(wù)只是分發(fā)密鑰,并不參與通信傳遞。真正通信仍然是在地面完成的。如果量子糾纏能瞬間傳信息,不依賴任何介質(zhì),又何必通過衛(wèi)星呢?