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量子通信技术哪国最厉害(我国科学家创造量子通信最远纪录)

时间:2023-08-19 作者: 小编 阅读量: 4 栏目名: 生活百科

量子通信技术哪国最厉害相信大家最近都有刷到一则重磅消息吧,就是“我国实现直接量子通信世界最远纪录100公里”。小明用无线电波告诉指挥部,他遭遇外星人攻击,需要帮助。无线电按光速传播,然后一万年后,指挥部才收到小明的求救,此时小明的坟头草早就长了近一万年了。这时人们开始发现量子通信的优势,无与伦比的安全性。

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量子通信技术哪国最厉害

相信大家最近都有刷到一则重磅消息吧,就是“我国实现直接量子通信世界最远纪录100公里”。看标题就知道这事很牛!

但如果问牛在哪,我想大多数人都是一脸懵圈。当然,也有少部分“知识分子”表示“没有人比我更懂量子”,这事肯定跟量子纠缠有关啊,据说有了它就可以实现超光速传输信息,甚至是瞬时传输。

瞬时传输信息!这有啥用?当然,对于在地球村的我们确实没啥感觉,但如果是一个叫小明的宇航员,在一艘飞离地球一万光年的飞船上,要和地球指挥部通信呢?

小明用无线电波告诉指挥部,他遭遇外星人攻击,需要帮助。无线电按光速传播,然后一万年后,指挥部才收到小明的求救,此时小明的坟头草早就长了近一万年了。所以超光速传输信息前景广阔,最起码小明很需要。

那到底啥是量子纠缠,它真能实现超光速传输信息吗?

首先,我们要搞懂什么是量子?通俗说如果有一个最小不可分割的物理量,那它就可以称为量子。比如一个光子、一个电子,它们是一个个最小单位,不能再分割,你没听说过半个光子,半个电子吧,因此它们都可以被称为量子。

而量子纠缠就是指就是同种微粒间的两个粒子产生了某种特殊关系,比如电子,当两个电子靠得十分近时,它们就会释放一个光子,然后进入纠缠状态。

当我们把这两个纠缠的电子分开后,诡异的事发生了。无论分开多远,这种纠缠的关系都会存在,只要我们试图测得其中一个电子状态,比如发现它是上旋,另外一个电子状态立马就会表现出相反的下旋状态,就是这么诡异!

于是乎有人就突发奇想,如果人类发射一艘宇宙飞船去寻找外星人,那么我们就可以准备一对纠缠量子,一个放在飞船上,另一个放在地球上。

如果发现外星人,就让飞船上的量子表现为上旋,当地球上的人看到手中的量子表现为下旋时,我们都能立马知道飞船已经发现外星人了,即便相隔几百、几千,甚至几万光年。

同理,我们可以约定上旋代表1,下旋代表0,根据现在数据处理的二进制规则,我们甚至可以用更多纠缠态量子传输更多复杂信息,完美!

但正当人们有这个大胆的想法时,诡异的事又发生了。人们发现,纠缠的量子居然会呈现出诡异的叠加态,什么意思呢?叠加态的量子就好比一个装在箱子里的硬币,它是正面和反面状态同时存在的,只有当人们打开箱子看时,才能最终确定它是正面,还是反面。

如果开箱时它是正面,那么装在另一个箱子里的纠缠硬币立马会呈反面,此时无论你开不开箱看,另一个硬币的结果都已确定。同时两个硬币的纠缠状态也就此消失,而对量子而言,开箱就相当于测量量子状态的操作。

这也意味着,地球上的人测量手中量子时,无论是上旋还是下旋,他们都无法知道这个结果是飞船上的宇航员测量量子后,还是测量前的结果。

而且地球上的人看到正面或反面几率也总是50%,所以虽然两个纠缠量子结果总是表现相反,但人们却无法用它传递任何信息,最起码现有技术不行。

既然不能超光速传输信息,那“要这量子通信到有何用”?

其实量子通信真正牛的地方是加密,我们知道我们在传输信息时,其实是很容易被第三方截取的,比如无线电,即便人们把信息封装在密不透风的光缆里,第三方也可以利用专门设备提取光缆里信息,而不被传输方发觉。

光缆信息窃取设备工作原理

如果是战时,那这就是妥妥的情报泄露,会直接左右战局,所以长久以来人们都试图给传输的信息加密。

比如二战德国搞出了“恩尼格码机”,机内有多个转子,每个转子对应26个字母,也就是说发报者只需敲一个字母,就能出现26的N次方种可能,其中规律只有德军知道,靠人工推演,如果要给个期限的话,大概是一万年!

恩尼格码机

但是随着计算机和人工智能发展,这种传统数字迭代加密法已经越来越不安全,甚至已经没有安全性可言,计算机的强大运算能力分分钟能把加密信息破解。这时人们开始发现量子通信的优势,无与伦比的安全性。

为什么量子通信无法被破解?

量子通信是如何实现的呢?我们需要先搞懂两个概念,一个是偏振。我们知道光是具有波粒二象性,一方面光是由光子组成,另一方面光也是一种电磁波,它是一边振动,一边往前走,它可以是上下震荡,左右震荡,或者其他任何方向。

第二个概念就是基底,啥是基底呢?它就类似一排有缝隙的木栅栏,只有当光的波动方向与缝隙的平行时才能穿过,否则不能穿过,就好比一根穿过栅栏的绳子,我们上下甩时,绳子的振动是可以正常传过去的,左右甩就不行。

木栅栏

利用这两个特性,我们能干什么呢?

我们用单光子光源可以产生不同方向振动的光子。我们明确蓝色和黄色振动方向代表数字1,紫色和红色振动方向代表数字0。

然后我们可以利用水平垂直或对角线测量基,对光子进行测量。

打个比方,如果我们事先约定好测量基,然后传输01这个信息,在知道测量基情况下,那么我们可以测得正确结果。

如果第三方中途窃听信号,由于不知道使用测量基的排列顺序,如果通信时约定了七、八个测量基顺序,例如:

窃听方总会有用错的情况,用错测量基则无法得到正确信息。

但更重要的是,用错测量基还不仅是屏蔽光子信号那么简单,而是光子会有一定几率变成其他振动方向。比如蓝色振动的光子,如果通过第二个测量基,就有50%几率变成黄色或红色振动方向。

所以如果怀疑有人窃听,接受方收到信息后,就可以通过传统通信和发消息方核对收发信息是否一致,如果不一致,那证明中途有人曾窃听过信息,这样就可以及时发现窃听者。

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