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量子通信,是真NB还是吹NB?

小黑羊JoinWings2018-11-18 06:11:25

本文原始资料来自炸药博士(微信:yvzhongvip)


今年关于量子通信的好消息真是多啊,一副战天斗地、赶美超英的景象……




都有哪些好消息?

1月,中科大潘建伟院士及其团队“量子通信安全传输创世界纪录”,并随后入选2014年中国十大科技进展新闻;


2月,工行宣布运用量子通信技术实现信息安全传输;


7月,阿里云联合中国科学院在上海成立全新的“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”


10月,阿里云与中科院联合发布量子加密通信产品,被舆论界评为“对全球量子研究和云计算发展具有里程碑意义”;


11月消息,“中国科学家自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星,将于明年6月前发射,这有望使中国先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力”


12月11日,就在昨天,英国物理学会旗下期刊《物理世界》公布2015年度国际物理学领域十大突破,中科大潘建伟院士团队的“多自由度量子隐性传态”的研究成果荣登榜首。


看了这多消息,是不是应该喜大普奔一下呢?




一个基础科学领域的技术能够获得大众如此热情的关注,真是可喜可贺,但是要理解什么事真正的量子通信却不是很容易的事情。




如何通俗的介绍量子通信呢?


在量子力学里,两个粒子在经过短暂时间彼此耦合后,单独搅扰其中任意一个粒子,会不可避免地影响到另外一个粒子的性质,就算他们远隔千山万水也能相爱相杀。

这就是所谓的量子纠缠,像不像传说中的心电感应?




这种“纠缠"现象让远距离的瞬间通信成为可能,这就是小黑羊理解的“量子通信”了(这是小黑羊为了便于理解做的通俗解释,科学的解释请查看原文链接,有炸药博士的雄文)


潘建伟院士曾经举过一个例子:"从合肥带到北京一个保险箱,钥匙忘带了。于是我请合肥的同事测量一下钥匙,告诉我;我在北京复制它。”


于是我们忍不住会想起那些科幻大片的场景:



X战警里面红魔鬼的瞬间移动



X战警范爷的技能:撕裂空间



再回想一下玩魔兽里面的回城卷轴


要是量子通信真的可行,那么瞬间传输宏观物体又有什么不可以的呢?科幻片里的桥段似乎马上就要实现了啊。


然而,我们似乎忽略了一个很重要的事实

这一切的基础:“量子纠缠”,至今无论在理论上还是实践上都还一直在“纠缠”着,几十年来,无数科学家也都在“纠缠”着。




参与“量子纠缠”大撕逼的科学家有爱因斯坦、薛定谔、波尔等等,前两位是反对派,波尔是支持派。(但令人费解的是反对派爱因斯坦和薛定谔恰恰是量子纠缠的提出者,太尼玛纠结了)

在过去的50年里,人们提出了不计其数的实验方案,但时至今日,还是不能盖棺定论。

夸张的说一句,没人真正懂“量子纠缠”/量子物理,因为还没个形成共识的标准……

既然如此,还咋谈量子通信呢?皮之不存毛将焉附啊!




前文所说的量子通信算啥?


量子其实它根本就不是“通信”。目前所谓的量子通信系统,按所传输的信息是经典还是量子态而分为两类:前者主要用于量子密钥分发,后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。


量子密钥分发是利用量子物理特性(即量子不可克隆原理)实现无条件安全的密钥分发,目前主要是在光纤或者自由空间利用光子的偏振或者相位特性来实现,同时还需要传统互联网信道完成数据传输。这其实只能算是量子加密通信,而非量子通信。


你可能会说,能做到量子加密通信也不错哦,安全性好呀,国家安全balabala,但是

目前,由于光纤损耗和探测器的不完美性等因素,以光纤为信道的量子密钥分发距离已接近极限;而由于地球曲率和远距可视等条件的限制,地面间自由空间的量子密钥分发也很难实现突破。

说白了,就是量子加密通信的传输距离很短,能不能商用呢,小黑羊不知道。


再提醒一点,因为这个量子密钥分发的实现要利用光子偏振特性,如果你的Solutions演示方案里面只有工控机,连个偏振光都没有,那就只能算“量子加密算法”,连“量子加密通信”都算不上。


上图是岛国的量子加密通信

前面说的是量子加密,真正的量子通信就是所谓隐形传送,指的是量子纠缠态可以脱离实物的一种“完全”的信息传送, “当测量一个粒子时,另一个与之关联的粒子会瞬时改变状态,无论它们相距多远”。就像科幻大片中的瞬移差不多了。



量子通信的概念是美国科学家贝内特(注意,不是贝吉塔哈)在1993年提出的,这么牛x高大上的技术肯定是被追捧啦,大家都在竞相研究。

你想象一下,如果我大宋能突破这种技术,瞬间传输一支军队到大辽去,还用得着天天研究怎么突破第一岛链、第二岛链么?



不幸的是,美国国防部已经否定了量子隐形传输项目。美国政府在新一轮科技规划中停止了对光量子信息项目的支持,并从国家标准和技术研究所的量子计算组撤回资金,洛斯阿拉莫斯国家实验所失去对量子加密研究的资助。




现在在物理构建尚未明朗情况下,量子通信中纠缠态的量子信源的制备和纯化犹如抓阄一般,量子纠缠态的远距离传输受到传输中信道环境影响比传统通信中信道影响更大,单量子通信更像是一种骗局……


大辽国已经停止了量子通信研究步伐,我大宋子民在量子通信上却是厉兵秣马,不吝投入,不舍昼夜呢!




小黑羊吐槽

相信很多同学都和小黑羊一样,看到“量子通信”四个字,立马肃然起敬,而不去深究其中的道理了,比较这个地球上真正懂量子物理的也没有几个人,哪怕是爱因斯坦,自己都没有想明白“量子纠缠”,而至今也没人真正证明了“量子纠缠”。


小黑羊更是个门外汉,上面的吐槽是在炸药博士的文章基础上理解并整理的,水平实在有限,很可能有瞎BB的内容,大家可以点击“查看原文”,阅读炸药博士的文章,了解更详细的信息。


不过最后我想咬文嚼字一下:

今天看到公众号“知识分子”对潘建伟院士的采访,潘院士说的是“量子通讯”,关于通讯通信,我觉得含义是不一样的,下面摘录一段定义,我是比较认同以下解释的:


通信:广义的通信是指用任何方式,通过任何媒介,将信息从一地传达到另一地。狭义则指:通过电子技术将语言、文字、图像等信息,从一地传送给另一地。即通常所谓电信。按业务内容可分为电报、电话、传真、数据通信等。

通讯:比较详尽、生动、形象地报道新闻事件,人物或经验的新闻体裁。一般分为人物通讯、事件通讯、概貌通讯、工作通讯和通讯小故事等。

以上两个词要严格区分,不能混用。




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