量子密钥分发是先产生密钥再对信息进行加密后传输,有没有方法可以直接用量子态安全地传输信息?

发布时间:2023-06-27

  答:量子密钥分发(QKD)是最先由沃尔夫物理学奖和科学突破奖获得者Charles Bennett和Gilles Brassard在1984年提出的,即是著名的BB84协议[1]。在Bennett和Brassard最初的设想中,的确是考虑了用量子态直接传送经典信息[2]。然而,由于明显存在的诸多弊端,这一设想并未被学术界接受。例如,如果直接将信息加载到量子态上传输和读取,由于量子态非常脆弱,即便是在没有窃听的情况下,信息在传输过程中的丢失就是一个相当棘手的问题;更何况还必须额外引入复杂的信道检测手段来保证量子态没有被窃听,等等。

  Bennett和Brassard后来对他们的原始方案做了重要改进:不用费事去将信息本身加载到量子态上,而只用量子态产生共享密钥,量子态的特性可以确保密钥的安全性。密钥与待传送的信息相互独立,不用担心在密钥产生过程中量子态的丢失问题;而用密钥对信息进行加密传输,是简单成熟且被广泛使用的经典信息安全技术,因此整个量子保密通信的过程大为简化,效率大为提高。可以看出,恰恰正是抛弃了用量子态直接传送经典信息这一设想,QKD才变得具有现实意义,最终成为最先进入实用化阶段的量子信息技术

  QKD是利用量子态实现经典信息的安全传输,而另一种典型的量子通信技术——在1993年被提出的量子隐形传态[3]——则可以实现量子信息的传输。在量子纠缠的辅助下,利用量子隐形传态可以将粒子A的量子状态(即量子信息)传送到遥远地点的粒子B上,而不用传送粒子A本身。但是,远距离的量子隐形传态需要借助量子中继来实现远距离的量子纠缠分发,而量子中继的核心单元——量子存储的初步实用化仍然需要10年左右的发展。因此,当前以及未来一段时间内量子隐形传态的意义在于构建量子计算的基本要素——量子信息处理网络,而不是用来远距离传送信息。

  因此可以看出,直接用量子态传输信息并不是一种新的方法。对于经典信息,直接用量子态传输在安全性方面并没有更多的优势,反而会造成效率的低下;而对于量子信息的远距离传输,距离现实应用还需要较长时间的发展。

  参考文献:

  [1] C. H. Bennett and G. Brassard, in Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing pp. 175-179 (1984).

  [2] G. Brassard, Brief History of Quantum Cryptography: A Personal Perspective, Proceedings of IEEE Information Theory Workshop on Theory and Practice in Information Theoretic Security, Awaji Island, Japan, pp. 19-23, 2005.

  [3] 苏晓琴,郭光灿,“两种典型的量子通信技术”,《广西大学学报(自然科学版)》(2005).

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