量子通信

作者: 小枣君

来源: 鲜枣课堂

发布日期: 2019-09-25 10:30:00

量子通信是结合量子力学和信息科学的交叉学科,主要分为量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发利用量子的不可克隆性进行信息加密,而量子隐形传态则利用量子的纠缠态传输量子比特。量子通信的发展迅速,吸引了广泛的关注和研究。

今天,小编要和大家聊的是“量子通信”。最开始计划写这个专题的时候,小编的内心是很纠结的。“量子通信”这个专题,解析难度真心有点大......它涉及到量子论、信息论这样的烧脑理论,还关联了密码学、编码学等一堆看着都要绕着走的复杂学科。很多概念,光是看名字,都让人瑟瑟发抖——想要把这些知识都解释清楚,实在是鸭梨山大。可是,量子通信这几年发展非常迅速,频频在各大媒体中亮相,吸引了广泛的关注。

关注之余,大家对它充满了好奇和疑问,渴望对它有更深入的了解。所以,尽管难度很大,小编还是决定努力给大家做一个关于量子通信的专题介绍,帮助大家建立对它的基本认知。

让我们穿越时空,回到十九世纪末。那个时代,是经典物理学的巅峰时代。以牛顿大神为代表的科学家们,在力学、热学、光学、声学、电磁学方面取得了突飞猛进的成就。牛爵爷在世人看来,整个科学体系似乎已经搭建完成,无懈可击。

但是,随着时间的进一步推移,科技发展又进入了新的阶段。大量高精尖实验仪器的问世,帮助人们逐渐打开了新世界的大门。科学家们的研究对象,从低速物体逐渐变成了高速物体,再到音速、超音速、光速;从大型物体到小型物体,再到微观物体。科学家们发现,很多实验结果都无法用经典物理学解释,甚至和传统的理论认知背道而驰。最为代表的,是「迈克尔逊-莫雷实验」和「黑体辐射」。

这两个概念非常复杂,限于篇幅,小编就不详细解释了。我们只需要知道,「迈克尔逊-莫雷实验」后来催生了大名鼎鼎的“相对论”。而「黑体辐射」呢,催生了我们今天的主角——“量子论”。1900年10月19日,为了解决黑体辐射的紫外灾难,普朗克在德国物理学会上报告了关于黑体辐射的研究结果,成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻。

在同年的12月14日(历史上也把这天认为是量子物理的诞生日),他发表了《关于正常光谱的能量分布定律》论文,得到一个重要结论:能量是由确定数目的、彼此相等的、有限的能量包构成。一个物理量存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。

首先,我们先看一下量子信息的学科分类。量子信息结合了量子力学和信息科学的知识,属于两者的交叉学科。而量子信息又分为了量子计算和量子通信。

大家经常听说的量子计算机,就属于量子计算,和我们今天介绍的量子通信有很大的区别。量子通信,分为“量子密钥分发”和“量子隐形传态”。它们的性质和原理是完全不同的。简单来说,“量子密钥分发”只是利用量子的不可克隆性,对信息进行加密,属于解决密钥问题。而“量子隐形传态”是利用量子的纠缠态,来传输量子比特。

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