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近来不时出现的有关量子技术的产品或实验,比如量子加密,量子纠缠、量子通讯等,让人精神振奋,特别是中国电信近来推出的量子通话,更是让人觉得量子技术就真的来到了身边了,但据媒体报道,中国电信的量子通话,其核心只是利用了量子的特性来给通话加密,跟我们看的《流浪地球》中的质子通话或量子纠缠没啥关系。哪到底什么是量子呢?本文就跟大家分享下有关量子的一些概念吧。
量子是什么?
查找一下量子出现的历史,量子最早是被一个叫普朗克的德国物理学家在1900年提出来的,后来经过爱因斯坦等许多科学家的努力,最终形成了量子科学体系。而我们都知道,构成物质的最小单元是基本粒子,包括了原子、原子核、质子、夸克(quark)和电子、光子等,但是并不包括量子,其实量子只是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元,它只是计算能量的最小单位。为什么说量子通信可以提升信息安全,让信息泄密基本不存在?先来了解下信息安全的三要素,一是用加密算法进行身份认证;二是传输加密;三是用加密算法对传输的内容时行 数字认证,以确保传输的内容不会被篡改。就当前来说,通用的信息安全,只是建立在加密算法或加密技术的基础之上,而通信密码系统只是依赖于数学的复杂度理论。但是量子通信,其安全性与经典的通信密码系统一同,它主要依赖于量子力学属性,比如电子纠缠、量子不可测量和量子不可克隆等,在原理上是能提供一种不能破解,不能窃听的安全的信息传输方式。当前,量子保密通信主要有两种:一是量子密钥分发,二是量子隐形传态。量子密钥分发是目前广泛研究的量子通信方式,是最有可能率先投入商用的技术,而量子隐形传态则是最引人注目的研究方向。下面解释下量子密钥吧,它是利用了量子力学的基本特征来保证密钥安全,如果有人窃听,密钥的状态就会产生改变,如原定的是0+1状态,变成了1+0,从而引入噪声,使密钥接受的误码率会明显增加,引起信息发送者的警觉,从而停止密钥的发送。因为量子密钥能及时发现窃听者,使信息能做到“一次加一密”因此,量子密钥是一种绝对安全的加密方式。以光子为例,说下量子密钥的分发过程吧。由于光子是一种电磁波,其磁场和电场都是有方向的,也就是光子偏振。我们可以先定下传输约定,如光子的水平偏振为0,垂直偏振为1,对光子的偏振状态进行编码,这就形成了量子密钥,在传输过程中,其传输的不是电磁波,而是一个被编码的,被纠缠过的光子,每个光子有可能是0或1,而这一连串的0和1,就代表了传送的量子密钥。结语说了哪么多,要彻底理解量子加密,还是需更进一步学习的,只是我们要理解的是,宏观世界跟微观世界是不一样的,在宏观世界里,物体是静止就是静止的,是运动就是运动的,而在微观世界里,各种粒子是不可测量的,也就是说这个粒子现在是出现在这里,又有可能出现在另一地方。就拿光线来说,既可看成光波,又可看成光子(粒子),这也就是爱因斯坦所说的“波粒二重性”。