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我们离“量子直接通信电话”还有多远

  从狼烟烽火到飞鸽传信,再到如今的电子通信,人类借助科技的力量让通信的距离越来越远,量子直接通信已经从实验室走向真实环境进行测试。未来,量子直接通信可能在特殊场合应用,让人们实现接打“量子直接通信电话”的梦想。
  “量子直接通信电话”怎么打
  这种“量子直接通信电话”是采用量子直接通信进行的音频通信。量子直接通信是一种以光的量子态作信息载体的量子通信形式。窃听会改变量子态,因此能被发现,量子直接通信通过感知窃听的能力,使窃听者听不到来保证信息安全。量子保密和经典保密的原理不同,二者互相补充。
  一般情况下,经典通信只确保信息的可靠传输,不负责通信的安全。这时,密码学派上用场,采用数学变换把要传输的信息打乱,使窃听者听不懂,进而保证通信的安全。而量子直接通信则在可靠通信的基础上,进一步赋能安全特性,形成在噪声和窃听信道下的可靠和安全通信的新模式。也就是说,量子直接通信不仅要可靠地传输信息,而且还要使窃听者无法获得信息,保证信息安全。
  拿起电话、拨通号码、接收方拿起电话,双方就可以通话了。打“量子直接通信电话”似乎跟传统座机电话并无二致。但和经典的座机电话不同的是,一旦有窃听,“量子直接通信电话”就会感知并发出警报,维护人员就可以去检查和消除窃听。“量子直接通信电话”还可以转换路线或者转换到经典一次一密等其他安全模式。
  如何组建量子互联网
  有规模地应用“量子直接通信电话”需要组建网络。未来,可以使用量子中继组建量子互联网。
  不过,目前可以使用经典密码和经典中继,来构造安全中继量子网络。安全中继是指经典密码保护下的经典中继,把量子直接通信和经典密码结合,用量子直接通信传输经典密码加密后的密文,这样在经典中继节点,信息受到经典密码的保护;在通信链路,信息得到量子的保护,从而为网络提供端对端的安全性。
  这个过程就是把信息用经典密码加密成密文,用量子直接通信传输大约100公里,到一个叫作“中继”的地方,把密文从量子信号变成经典信号,再转换成量子信号,用量子直接通信接力传送,这样继续下去,最后送给收信人。
  如果用传输文件来比喻,经典加密就是用暗号写信。量子直接通信就像一辆带封闭车厢的邮车,经典中继就是信件中转站。用封闭邮车传送暗号写的文件,随后在中转站转交给下一辆邮车。在交接时,人们看到的只是暗号,不是文件内容本身。最后的接收人才能读懂暗号所代表的文件内容。

(龙桂鲁)


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