6 2229: 距 离 的 量 子 密 码 传 输 。
这样就可以利用卫星来传递信 息， 并在全球范围内建立起保密 的信息交换体系。
量子密码通信技术的原理
量子密码学的理论基础是量 子力学， 而以往密码学的理论基 础是数学。与传统密码学不同， 量子密码学利用物理学原理保 护 信 息 。首 先 想 到 将 量 子 物 理 用 于密码技术的是美国科学家威 斯纳。威斯纳在 “海森堡测不准 原理” 和 “单 量 子 不 可 复 制 定 理 ” 的基础上， 逐渐建立了量子密码 的概念。 “海 森 堡 测 不 准 原 理 ” 是 量子力学的基本原理， 指在同一 时刻以相同精度测定量子的位 置与动量是不可能的， 只能精确 测定两者之一。 “单量子不可复 制定理” 是 “海森堡测不准原理” 的推论， 它指在不知道量子状态 的情况下复制单个量子是不可 能的， 因为要复制单个量子就只 能先作测量， 而测量必然改变量 子的状态。 可利 威 斯 纳 于 6=;2 年 提 出 ， 用单量子不可复制的原理制造 不可伪造的 “电 子 钞 票 ” 。由 于 这 个设想的实现需要长时间保存 单量子态，这是不太现实的， 因 此， “电 子 钞 票 ”的 设 想 失 败 了 。 但是， 单量子态虽然不好保存却 可以用来传递信息， 威斯纳的尝 试为研究密码的科学家们提供 了一种新的思路。 量子密码最基本的原理是 “量子 纠 缠 ” ， 即一个特殊的晶体 将一个光子割裂成一对纠缠的 光子。被爱因斯坦称为 “神秘的 远距离活动” 的量子纠缠， 是指
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量的信息， 量子的极化方式 （波 的运动方向） 代表数字化信息的 数 码 。量 子 一 般 能 以 四 种 方 式 极 化， 水平的和垂直的， 而且互为 一组； 两条对角线的， 也是互为 一 组 。这 样 ， 每发送出一串量子， 就 代 表 一 组 数 字 化 信 息 。而 每 次 只送出一个量子， 就可以有效地 排除黑客窃取更多的解密“钥 匙” 的可能性。 假如现在有一个窃密黑客开 始向 “量子密 码 ” 动手了， 我们可 以看到这样一场有趣的游戏： 窃 密黑客必须先用接收设施从发 射出的一连串量子中吸去一个 量子。这时， 发射密码的一方就 会发现发射出的量子流出现了 空格。于是， 窃密黑客为了填补 这个空格， 不得不再发射一个量 子。但是， 由于量子密码是利用 量子的极化方式编排密码的， 根 据量子力学原理， 同时检测出量 子的四种极化方式是完全不可 能的， 窃密黑客不得不根据自己 的猜测随便填补一个量子， 这个 量子由于极化方式的不同很快 就会被发现。
事， 在量子纠缠态纯化的实验研 究中取得了突破性进展。英国 《自然》杂志以 封 面 文 章 的 形 式 发表了题为 《任意纠 缠 态 纯 化 的 实验研究》 的论文， 潘建伟是第 一 作 者 。 1226 年 春 ， 潘 建 伟 教 授与其合作者曾意外发现了利 用现有技术在实验上可行的量 子纠缠态纯化的理论方案， 并于 《自然》 杂志上 当 年 < 月 14 日 在 发表。经过两年的艰苦努力， 潘 建伟和同事们最近终于在实验 上成功地实现了高精度的纠缠 态 纯 化 。这 项 研 究 成 果 不 仅 从 根 本上解决了目前在远距离量子 通信中遇到的困难， 而且也将极 大地推动可容错量子计算的研 究。 《自 然 》 杂志审稿人称赞潘建 伟等人的论文 “构成 了 量 子 信 息 实验领域一个非常重要的进 展” ， “首次令人信服地在实验上 证明了量子信息处理中任意未 知的退相干效应是可以被克服 的” 。 而 6=== 年 ， 潘 建 伟 关 于 量 子态隐形传输实验实现的论文 爱因斯坦建 同伦琴发现 > 射线、 立相对论等影响世界的重大研 究成果一起被 《自然》 杂志评为 百 年 物 理 学 16 篇 经 典 论 文 。 中国科技大学 1773 年 ; 月 ， 中科院量子信息重点实验室的 科学家在该校成功铺设一条总 “特殊光缆 ” ， 即一 长 为 3?19: 的 套基于量子密码的保密通信系 统 。1223 年 66 月 ， 华东师大研制 成功国内首台量子保密通信样 机 。目 前 他 们 已 拥 有 十 几 项 国 内 外发明专利， 部分单元器件已达 到 国 际 领 先 水 平 。他 们 将 努 力 争 取参与量子保密通信系统标准 的制定。 科学家希望，将来可以实现
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对试验的影响比较小。 美国国家标准 1223 年 4 月 ， 与技术研究所和波士顿大学的 科研人员研制出一种能探测到 单脉冲光的探测器， 它同时还能 将误测或 “漏测” 率几乎减小到 零。这一新成果的报告发表在 《应用物理通讯 》 上， 为开发安全 量子通信和密码系统提供了关 键 技 术 。目 前 的 大 多 数 光 子 探 测 器只对可见光运行良好， 对单光 子的探测就不太可靠， 而且由于 随机的电子噪音， 其漏测率也很 高 。新 的 仪 器 采 用 光 纤 通 信 的 近 红外线光波， 它的漏测率已经可 以 忽 略 不 计 。研 究 所 没 有 选 择 感 光材料， 而是用了与光纤通信线 相 连 接 的 钨 丝 。钨 丝 被 冷 却 到 适 当 温 度 。当 光 纤 将 一 个 光 子 传 输 到钨丝时， 温度会升高， 仪器就 探测到它引起电阻增强的情 况。
世界电信
!""# 年第 $ 期
观点 ・ 观察
量子密码ห้องสมุดไป่ตู้术开辟通信安全新时代
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观点 ・ 观察
粒子间即使相距遥远也是相互 联 结 的 。大 多 数 量 子 密 码 通 信 利 用的都是光子的偏振特性， 这一 对纠缠的光子一般有两个不同 的偏振方向， 就像计算机语言里 和 “" ” 。 根据量子力学原 的 “! ” 理， 光子对中的光子的偏振方向 是不确定的， 只有当其中一个光 子被测量或受到干扰， 它才有明 和 “# ” 确的偏振方向， 它代表 “! ” 完全是随机的， 但一旦它的偏振 方向被确定， 另外一个光子就被 确 定 为 与 之 相 关 的 偏 振 方 向 。当 两端的检测器使用相同的设定 参数时， 发送者和接收者就可以 收到相同的偏振信息， 也就是相 同的随机数字串。另外， 量子力 学认为粒子的基本属性存在于 整个组合状态中， 所以由纠缠光 子产生的密码只有通过发送器 和 接 收 器 才 能 阅 读 。窃 听 者 很 容 易被检测到， 因为他们在偷走其 中一个光子时不可避免地要扰 乱整个系统。 当前，量子密码研究的核心 内容是如何利用量子技术在量 子通道上安全可靠地分配密钥。 所谓 “密 钥 ” ， 在传统的密码术中 就是指只有通信双方掌握的随 机数字串。 量子密钥分配的安全性由 “海森堡测不准 原 理 ” 及 “单量子 不可复制定理” 保证。根据这两 个原理， 即使量子密码不幸被电 脑黑客撷取， 也因为测量过程中 会改变量子状态， 黑客得到的会 是毫无意义的数据。 我们可以这样描绘科学家们 关于 “量子密码 ” 的设想： 由电磁 能产生的量子 （如光子） 可以充 当为密码解码的一次性使用的 “钥 匙 ” 。每 个 量 子 代 表 " 比 特 含
%" 亿 美 元 的 市 场 。
量子密码通信技术新进展
德国慕尼黑大学和英国军方下属的研究机 !""! 年 %" 月 ， 构合作， 在量子密码技术研究中取得重要进展。 科学家们在德 国和奥地利边境的楚格峰和卡尔文德尔峰之间用激光成功传 试验的成功 输 了 光 子 密 钥 。 这 次 传 输 的 距 离 达 到 !K9# 公 里 ， 使通过近地卫星安全传送密钥并建立全球密码发送网络成为 可能。 他们在这次试验中采用的密钥是偏振光。 光子用不同偏 和 “% ” ， 而光子发射的顺序代表了二进 振角代表二进制的 “" ” 制代码的排序。 激光信号发射装置每次发送一个有效光子， 发 射方和接收方通过电话核对每个光子的发射和接收时间、 是 否丢失、 偏振角是否改变。 一旦发生光子丢失或偏振角改变的 情况， 发射方就可以从密钥序列中去掉这个光子， 从而组成一 个新的密钥。 科学家在试验中并没有使用复杂的仪器， 接收激 之所以选择在 光 信 号 的 是 普 通 的 !N,+ 望 远 镜 。 他 们 解 释 说 ， 气流扰动 两座山峰之间试验， 是 因 为 在 约 K """+ 的 高 度 上 ，