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量子通信不可能,量子密钥光纤通信不必要 -
- 昊胜
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阅读(1106) 回复(39) 2016-08-30 19:12:48 赞 快速回复
量子通信不可能,量子密钥光纤通信不必要 什么是量子通信?简单说就是利用量子纠缠态的特性进行通信。 那么什么是量子?一切微观粒子,如离子、原子核、质子、中子、电子、光子都是量子。 什么是量子纠缠态?这个,用非专业语言是说不清的,复合量子系统(具有两个以上量子的系统)的一类量子态,此量子态无法分解为单个量子态之直积。只要记住,量子纠缠态是多量子系统(两个及两个以上量子组成的系统)的一种状态就好了。 那么怎么利用量子纠缠态进行通信呢?这还需要介绍量子纠缠态的两个特性,一个是非独立性,另一个是非局域性。简单地说,当处于纠缠态的量子,不管分开多远,都不能看做是互相独立的,他们仍然是互相关联的,哪怕是分开宇宙距离。比如,在地球上的实验室里制备出两个处于纠缠态的电子,我们想办法把他们分开(所谓想办法就是保持其纠缠特性),把其中的一个送到火星上去,这时,一个电子在地球,一个在火星,两个电子仍然处于纠缠态,我们对地球上的电子进行某种操作,改变其状态,火星上的电子也会同时做出相应的改变。注意,是同时,不需要时间。这就是量子通信的理论根据。 在这篇文章里我们假设量子通信的理论基础是正确。那么从上述的理论可以看出,1、量子通信是不需要时间的,瞬间即可完成;2、量子通信是不需要媒介的,不需要电缆啊、光纤啊、甚至也不需要电磁波。由这两点还可以引申出,量子通信是不需要信道的,也就不受信道容量的限制,什么香农定理啊,都靠边站了,没用了。 量子通信这么美好,可惜实现不了,为什么实现不了?因为制备不出相距遥远的量子纠缠态。常用的,用来制备纠缠态的量子有电子、离子和光子,电子与离子相对与光子来说在性质上是相同的,都是有质量带电荷的量子。所以我们就说电子与光子好了。要让一群电子处于纠缠态,需要极端的低温与真空环境,还需要磁场或激光来控制他们。在这样的条件下纠缠起来的电子,就很难再分开,分别送到不同的地点,来做通信用。还有一个方案,就是让本来处于两地的电子纠缠起来,这样就省去分开移动了。这也是办不到的,因为没有什么东西能让相距遥远的两个电子纠缠起来,唯一可用的手段就是处于纠缠态的光子,但单个光子太弱了,控制不了电子。 既然有质量带电荷的量子不堪大用,那么利用光子来做纠缠态行不行呢?也不行,因为光子有不可驻留性,所谓不可驻留性,就是光子留不住,让光子停下来,原地长时间不动,用来做通信源,办不到。所以,量子通信的难点可以总结为:电子移不开,光子留不住。 既然量子通信在技术上实现不了,物理学家们退而求其次,就利用纠缠态的光子做通信加密用的密钥。光子有自传输特性,两个光子纠缠好了,自己就会跑了,不用你来移动,并且可以按着指定的路径跑,比如在光纤里跑。两个处于纠缠态的光子,一个用来传送信息,一个用来做密钥。很完美。完美是完美了,可是有多大用处呢?因为这种量子密钥光纤通信,本质上还是光纤通信,不是量子通信,目前咱们国家搞的热火朝天的,就是这种量子密钥光纤通信,与量子通信八竿子打不着。光纤通信的保密性本来就很好,再加上数学加密,完全够用了,有什么必要搞这么高成本的密钥系统?国家投点经费,研究研究是可以的,要推广开来就没有必要了。
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