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量子窃密通讯,经典派陷入的N个误区

光阴:2019-05-17 11:19:47 来源:新浪科技 评论:0 点击:0
  知彼知己,百战不殆;不知彼而知己,一胜一负;不知彼,不知己,每战必殆。

  上个月,我简略介绍了环抱量子通讯所发生的一些争议《量子通讯争议,都在争些什么?》,随后网上接踵又出现几篇文章,颇为热闹了一阵。然而,对付量子通讯的争议虽然很热闹,经典派有经典派的误区,量子派有量子派的罩门,但是双方都讲不到点子上,让人看了着急。

  先简略总结一下。争议双方(经典派和量子派)对窃密通讯有两种看法:经典派采纳的是数学办法,赌的是你随便听,反正你解不了密;量子派采纳物理办法,赌的是只要你偷听,我就能知道。

  对付量子通讯的争论,在网上双方不相高低,而实际中经典派并没有占得优势,有如下几个因素。

  计谋方面

  从计谋上讲,经典派托大了,没有一个重量级的人物进去站台。量子派有潘建伟院士,确定可以或许镇得住场子的。虽然也有几位院士收回分歧的声音,但他咱咱们是量子物理学方面的院士,讨论的是量子通讯的详细细节,反对的是工程方面的敏捷铺开,很难归到经典派的阵营里。经典派没有大佬站台,原因无外乎几种:经典派一盘散沙、没有大佬;经典派有大佬,但是大佬认为量子派说的对;经典派的大佬认为量子派说的不对,但是自己又吃不准,所以不涸墼勖亲自出场——万一看走眼了,太丢脸。

  唯一值得讨论的环境便是,经典派的大佬拿不准环境,所以不好站台——从全局上看,表示出了经典派没有大佬站台。

  战术方面

  从战术上讲,经典派自大了,甚至没有一小我乐意想清楚量子派到底在说什么。如果说大佬咱咱们太忙,没光阴想这些细节,那么冲锋在前的反对者,总应该先搞清楚成就再上阵吧。但是,好像也没有。

  经典派不承认量子派在技术上确切有个好处:可以或许发现有人偷听。他咱咱们老是对峙说,我不怕偷听,你爱听不听,反正你听不懂。不管经典派还是量子派,最终偏向都是为应用者供给窃密效劳,哪个重要哪个不重要,最终还是由应用者决定。应用者为什么不能认为“发现偷听”很重要呢?咱咱咱们无法替应用者做决定。

  经典派似乎认为,量子派只能应用量子办法,不能捞过界。他咱咱们说应该将量密码纳入到完备的信息平安体的,意思像是说,量子派永久只能用量子办法,“相对不许”用经典办法。但是窃密的偏向是窃密,只要可以或许到达这个偏向,可以或许“无所不用其极”了。李红雨举了一个例子(查阅李红雨文章,请戳本文左下角“阅读原文”),128位的密码,颠末过程抱负的密算法,可以或许等效于2128位“异或密”的密钥长度,似乎是说经典派远远强于量子派了。但是,量子派说用量子通讯可以或许平安地传送这128个密码,谁如果偷听我确定能发现,量子派却没有说一定要用这128个密码只做一次一密。可以或许做一次一密,和只做一次一密,还是有差别的。当有了这128个密码,当然也可以或许用经典办法持续操纵——为什么限制我?

  最近争议重启的一个重要原因是金贤敏的工作,有人说他的工作表明量子派声称的“相对平安性”有漏洞,金贤敏说他的工作是支撑量子派的,而经典派却不这么认为。认为自己对某件工作的看法比详细做那件事的人更正确,也是自大的一种表示吧。

  其余破绽

  以上3个例子有些笼统,经典派可能会认为自己被曲解了,那么再举几个详细的例子,说明经典派没有搞清楚量子派做的是什么。

  以金贤敏的工作为例,加个光隔离器就可以或许或许防止这种攻击,而李红雨提出了两个反制手腕,简略当闶“消除光隔离器内部的磁场”。一个办法是高温消磁,另外一个办法是设法抵消来盘拇懦。而这办法并不实际,来盘迨几厘米大小的磁环,光从环的孔洞中颠末过程,外吹激光无法接触到这个磁体,当然不行能加热它,更无法发生磁场抵消它。难道说,他可以或许或许去发送信息的屋里,用电吹风把这个来盘干掉?

  再说说利用“非线性晶体下自发参量下转换攻击”。李红雨认为,因为某些非线性晶体可以或许把入射光子劈裂为两个光子,而且这两个光子的偏振与入射光子的偏振是相对相干的,如许就可以或许确定入射光子的偏振;他还进一步认为:“看来不行克隆原理终究没有成为BB84协定宣称的金钟罩铁布衫。”其实,这种自发参量下转换过程可以或许发生的一个基本请求便是,入射光子的偏振必需称心某个特定的条件——量子通讯可以或许检测到偷听者,便是因为这种条件并不是不时都可以或许称心的。

  相干物理知识

  光是电磁波,电磁场在垂直于光的流传偏向交替振动(“电生磁、磁生电”),所以光有偏振性。这种偏振机可以或许或许用“偏振片”检验。咱咱咱们看3D电影时,都要戴一副眼镜,这副眼镜便是由两个分歧的偏振片构成:一个(如左眼的镜片)让垂直偏振的光颠末过程,另外一个(右眼的镜片)让程度偏振的光颠末过程。两个分歧的投影机,分离用垂直偏振和程度偏振的光,把略为分歧的两个影像投射在电影屏幕上。如果不戴平面眼镜,每个眼睛都能看到这两个影像,所以就会觉得有些模模糊糊的;戴了平面眼镜,左眼和右眼看到的便是略有分歧的影像,大脑主动把它咱咱们加工树平面影像了。

  说得再详细一些。偏振片检测光的偏振性,因为它有一个特别的偏向:当光的偏振偏向与这个偏向相同时(0度)就可以或许透射曩昔;当光的偏振与这个偏向垂直时(90度),光就透不曩昔;当光的偏振既不垂直也不平行于这个特别偏向时,就只要一部分光可以或许透过,如光的偏振偏向与这个偏向呈45度时,有一半光可以或许透曩昔。

  单光子通讯的BB84协定利用的便是光的偏振性,再加上单光子特性,一个光子是不能分成两个的。一个45度偏振的光子照射在0度放置的偏振片上,有一半的几率透过,一半的几率透不曩昔——但相对不会一分为二的。

  张三和李四通讯,每次发射一个特定偏振的单光子,其偏振分为两类:一类是0度或90度偏振的,另外一类是45度或135度偏振的。为了确定收到的单光子的偏振种类,李四必需适当安放偏振片的偏向:如果0度放置,就可以或许或许完全确定光子偏振是0度还是90;如果45度放置,就可以或许或许完全确定光子偏振是45度还是135度。但是,对付0度放置的偏振片,45度和135度的偏振光子是无法区分的,只会误认为是0度或许90度;而45度放置的偏振片无法区分0度和90度的偏振光子,只会误认为是45度或许135度。

  接下来,张三随机地发送第一类或许第二类的偏振光子,李四随机地安顿检测偏振的构型。李四的构型跟张三匹配了,就会确定地获得光子的偏振范例,如果不匹配,获得的光子偏振范例便是错误的。张三和李四传送了一些光子以后,就用大喇确告对方,我的每个光子是哪一类的偏振,李四挑出那些与张三传送范例匹配的测量构型(有一半的几率),就能获得正确的偏振构型了——这便是量子密码传送。

  王麻子想偷听,只能像李四一样瞎猜一个构型,然后截取张三发来的光子,测量其偏振构型,还要再发一个光子给李四,这个光子的偏振只能是王麻子自己测到的那个偏振范例(否则就白测了)。因为王麻子是瞎猜的构型,所以每次都有一半的几率猜错,这种错误就会反映在李四的测量上,李四也就知道有人在偷听了。

  详细用数字说明一下。李四接到了1000个光子,又听到张三在大喇叭里喊的消息,找出那500次是与张三匹配的测量构型,如果测量的结果与张三500次都一样,就说明没有人在偷听:如果王麻子偷听的话,就会使得李四的结果有125次与张三的不一样(500的话是250,250的话是125),张三和李四就知道有人偷听了。

  这是一个简略的协定(真实协定比这个稍微复杂一些,因为要考虑统计涨落和环境噪声等因素)。张三和李四传递信息,王麻子只能干瞪眼:他要么不干预,否则就会发现。

  但是,经典派似乎不承认这一点,老是认为无办法反制。例如金贤敏此次的“注入攻击”,或许曩昔的“探测器致盲攻击”。其实这些手腕都必要有很强的光进入张三或李四的节制规模内,很容易被检测到。至于说李红雨提到的“非线性晶体下自发参量下转换攻击”,和其余人说的“激光器就能大批复制光子”,都是违反了基本物理机制,望文生义导致的误解。他咱咱们对诱骗态协定的质疑,也是同样的望文生义。有些经典派走得更远,认为“量子不行克隆原理”不树立,其实便是反对全体量子力学的基,这种精力状况恐怕不只仅是用自大就可以或许描述的了。

  上面选用的来自于李红雨文章的例子,颇能代表经典派的看法。不幸的是,他咱咱们描述的量子通讯的技术细节,完全是牛唇不对马嘴。甚至让人怀疑,这些反对者会不会是量子派的“托儿”?持这种概念反对量子通讯的,基本上算是“民科”,如许反对的人越多,量子派就越高兴——他咱咱们偷笑还来不及呢,哪里会进去反对?

  简而言之,在目前的量子通讯争议里,经典派在计谋上太托大,在战术上太自大,他咱咱们落在下风当然也就不出意料了。

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