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有人说潘建伟的量子通信是一种伪科学,对此你怎么看?

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先说”量子通信”的现状:

很多人误以为可以通过一对纠缠量子传递信息,从而实现信息不可拦截、如果拦截了会被察觉。这种说法越传越神,甚至演绎成可以跨越时空、海水障碍对潜艇通信。

实际根本不是那么回事,

先说一下量子纠缠是怎么回事。量子纠缠来源于爱因斯坦的EPR佯谬:

现实世界中,如果一个物体分裂成两部分,会保持动量守恒,如果一块向东,则另一块必然向西,如果向东的那一块带左旋,则向西那块必然带右旋,由于动量是矢量,两块物体动量和仍为0。

对于微观粒子,就有问题了,一个粒子自发分裂成两个,由于粒子在观测前左旋和右旋是不确定的,俩粒子到底谁左旋谁右旋?如何保持动量守恒?这是不确定的,这就是所谓的纠缠。如果观测后这边粒子是左旋,则远在天边的另一个粒子必然瞬间是确定是右旋,从而维持动量守恒,就好像有心灵感应一样。

根据量子力学的解释,两个纠缠量子这个过程并没有瞬间信息传递。量子状态只能被“观察”,从而看到这边是1,那边是0,至于是0还是1,那是随机的。不能人为设置这边是1让另一边变0(反之亦然),即纠缠量子从理论上就不能传递信息的,否则违反相对论(信息、能量超光速传递)。

所有宣扬能通过纠缠量子瞬间远程不需要介质就能传递信息的,都是无知或骗子(不管名气有多高)。

当前量子通信实际上叫做“量子保密通信”。

即利用量子纠缠特性:虽然我不能人为设置量子状态,但我通过观察一组量子状态,比如看到这边是1001,那么另一边必然是0110,

我就以1001作为密钥,对明文加密,然后通过传统信道(光纤、激光、无线电等)发送出去。对方就用0110的反状态1001做解密密钥。

通过这种方式可以保证密钥传递的绝对安全。

那么密钥传递绝对安全,通信是否就”理论上绝对安全”了呢?很遗憾:仅有密钥传递绝对安全,是远远不够的。

通信要安全,需要做到几个方面:

一,通信渠道安全。

比如我们的国防光缆通讯,比无线电安全多了,但仍不是绝对安全。

前面说过,量子保密通信,并非通过量子纠缠特性传递信息(违反相对论),仍然得通过光线、激光等传递,仍然可以被对手拦截并尝试破译(能不能破译后面说)。

退一万步来说,如果真的不需要传统信道就能跨越时空传递信息,那就完全不可被拦截,那传递明文也是理论绝对安全的,那又何必去加密?

这一点上看,利用量子纠缠直接传递信息,无论从理论和实际,都是不可能的。量子保密通信的密文,既然通过传统信道发送,就是可被拦截的,并且敌人拦截了你的密文通讯,你也是不会知道的。说白了这就是传统通信方式。

二,加密手段安全

又分密钥分发、密钥长度、加密算法三个方面。

1、密钥分发:不能被敌人拦截。

这一点,量子密钥分发是理论上绝对安全的,比传统密钥分发方式有优势。量子保密通信的“量子”优势就体现在这里。

遗憾的是这个优势并不大。原因是,传统加密被破译,绝大多数并不是通过拦截密钥实现,而是通过拦截密文、通过数学分析等手段,实现破译。

历史上能拦截到密钥的例子并不多,比如潜入对方基地盗取密码本、像电影《U571》那样登上德军潜艇抢夺密码机,等等。拦截密钥,代价极高,且有一定运气成分。所以破译对方密文,能到密钥最好,拦截不到也可以尝试用数学方法破译。

2,密钥长度

密钥如果太短,就必须重复使用,从而在密文中出现规律,被对手利用而破译。

只有一种加密手段可以理论上不可破译,并且可以用数学进行证明(香农证明的),那就是:密钥长度等于明文,且一次一密,即所谓便笺型密钥。

问题是,你如果要传递1k的信息,就得分发1k的密钥,如果是视频通信上GB的数据量呢?同理。所以某团队声称通过量子保密视频通信,那也就是视频通讯前,先制备上G个纠缠粒子(1G就是10亿)和分发,这可能吗?如果不是这样制备密钥,只用了短密钥(比如128位,不断重复使用)其安全可信度有多大?这不就跟传统加密一样吗?

当你的密钥长度很短时,举个极端例子,密钥仅有1位,敌人根本不屑于截获你的密钥,直接通过密文也秒破。至于这区区1位密钥,你通过最原始的手抄分发还是量子分发,无所谓。

所以“理论上安全”是不存在的。

3,加密算法

前面辛辛苦苦分发了密钥,如果用一个弱智算法,加密出来也是不安全的。

综上,“无条件安全”是不存在的。都是有条件的安全。

当前的“量子保密通信”,仅仅在密钥分发一个环节应用了量子纠缠特性。和传统加密方式相比,并无明显优势。

至于信息发送也还是传统的光纤或无线电。这一点很关键,头条很多“科普作者”对这一点支支吾吾,一开篇就先讲一大堆纠缠量子的神秘效应,纯粹是误导。

关于墨子号量子通信卫星

实际上卫星的任务只是分发密钥,并不参与通信传递。真正通信仍然是在地面完成的。如果量子纠缠能瞬间传信息,不依赖任何介质,又何必通过卫星呢?

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