量子密碼技術(shù)：安全通信的福音

量子密碼技術(shù)：安全通信的福音

美國(guó)麻省理工學(xué)院量子機(jī)械工程學(xué)教授塞斯·勞埃德在世界經(jīng)濟(jì)論壇網(wǎng)站《2005全球議程》專輯上撰文說(shuō)，量子力學(xué)為世界帶來(lái)了晶體管和激光。量子計(jì)算技術(shù)將帶來(lái)更大的進(jìn)步，如真正安全的密碼技術(shù)等。文章題為《量子大躍進(jìn)》，全文如下：

    我們正身處一個(gè)技術(shù)革命時(shí)期。由于工藝的靈敏性和精確性飛速發(fā)展，制造技術(shù)正在走向物理基本定律所允許的極限。量子力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，它描述的是微觀世界的基本原理。當(dāng)機(jī)器元件小到原子尺度的時(shí)候，量子力學(xué)就變得越來(lái)越重要。量子力學(xué)以古怪聞名：如一個(gè)電子在任意給定時(shí)刻都可處在幾種可能位置當(dāng)中的任何一個(gè)位置。

　  量子力學(xué)的古怪特性給量子技術(shù)帶來(lái)了難題。特別是，量子裝置往往比普通尺度的裝置對(duì)聲音更為敏感。但量子力學(xué)的古怪特性也帶來(lái)了機(jī)會(huì)：量子計(jì)算機(jī)能解決普通計(jì)算機(jī)所不能解決的問(wèn)題；量子密碼技術(shù)能提供不可破解的安全通信；而量子系統(tǒng)對(duì)聲音的敏感性正好能夠用于制造更強(qiáng)大的傳感器和探測(cè)器。

　  在過(guò)去的十來(lái)年中，量子機(jī)械工程師們想方設(shè)法利用了量子力學(xué)的一些古怪特性。電子位置的不確定性對(duì)計(jì)算機(jī)的制造意義重大。傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)的工作原理是把信息分拆到其最小單位————比特，然后一次傳輸一兩個(gè)比特。一個(gè)比特可代表兩種不同的狀態(tài)，傳統(tǒng)上我們稱之為0和1。在電子計(jì)算機(jī)中，一個(gè)比特用大量電子來(lái)代表：這里的10億個(gè)電子代表1，那里的10億個(gè)電子代表0。而在量子計(jì)算機(jī)中，只需用一個(gè)電子就可以標(biāo)明一個(gè)比特：這里的一個(gè)電子表示1，那里的一個(gè)電子表示0。

　  到目前為止一切順利：量子計(jì)算機(jī)用一個(gè)電子而不是幾十億個(gè)電子來(lái)表示一個(gè)比特。但根據(jù)量子力學(xué)原理，一個(gè)電子不一定非得在“這里”或“那里”：它可以既在這里也在那里！在古怪的量子意義上，這個(gè)電子同時(shí)代表“1”和“0”。能夠同時(shí)表示兩種情況的能力聽起來(lái)非常奇怪，與我們的直覺(jué)不符。但這些量子比特?fù)碛幸恍﹤鹘y(tǒng)比特所沒(méi)有的能力。建立在這種能力上的量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所無(wú)法企及的。例如，一臺(tái)只有幾千量子比特的相對(duì)較小的量子計(jì)算機(jī)能夠破譯現(xiàn)存的所有公用密鑰的密碼系統(tǒng)（公共密鑰的密碼系統(tǒng)保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息的安全）。

　  那些想保護(hù)他們密碼的人還算幸運(yùn)，目前還只出現(xiàn)容量不到10比特的量子計(jì)算機(jī)，暫時(shí)還未對(duì)電子商務(wù)構(gòu)成威脅。但量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模正在迅速擴(kuò)大，再過(guò)一二十年，量子計(jì)算機(jī)可能真的會(huì)成為一種破壞信息交換安全的技術(shù)。還好，量子力學(xué)雖然對(duì)通信安全構(gòu)成了威脅，它同時(shí)也提供了一個(gè)檢測(cè)信息交換是否安全的辦法。量子密碼技術(shù)的原理是海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理中所包含的一個(gè)特性，即當(dāng)有人對(duì)一個(gè)量子系統(tǒng)進(jìn)行“偷窺”時(shí)，他同時(shí)也會(huì)破壞這個(gè)量子系統(tǒng)。

　  量子力學(xué)的古怪特性為新技術(shù)的開發(fā)帶來(lái)了廣闊前景。許多技術(shù)————如激光、晶體管、電子顯微鏡等————已經(jīng)在社會(huì)上造成巨大影響。另一些技術(shù)————如量子計(jì)算機(jī)和量子密碼技術(shù)————?jiǎng)t正在造成影響。量子的古怪特性還會(huì)帶來(lái)些什么樣的影響呢？這是留給下一代量子機(jī)械工程師們的問(wèn)題。