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最近我關注到一些關于量子安全直接通信的報道,請問這是一種新的量子通信方式嗎?
答:不是的。所謂的“量子安全直接通信”聲稱用量子態直接安全地傳送經典信息。然而這并不是什么新的想法,事實上早在上世紀就已被國際學術界淘汰,只是后來被一些人重提并誤以為是新的發現。
量子通信包括量子密鑰分發、量子隱形傳態、量子密集編碼等應用,基于量子密鑰分發的量子保密通信是最先進入實用化階段的量子通信技術,因此,當前人們通常所說的實用化量子通信即是指量子保密通信。
量子密鑰分發協議最先由沃爾夫物理學獎和科學突破獎獲得者Charles Bennett和Gilles Brassard于上世紀80年代提出,其革命性思想是利用量子態增強信息傳輸的保密性,因為竊聽必然會擾動量子態而留下痕跡。
在Bennett和Brassard最初的設想,就是用量子態直接傳送經典信息[1]。然而,由于明顯存在的諸多弊端,這一設想并未被學術界接受。例如,如果直接將信息加載到量子態上傳輸和讀取,由于量子態非常脆弱,即便是在沒有竊聽的情況下,信息在傳輸過程中的丟失就是一個相當棘手的問題;更何況還必須額外引入復雜的信道檢測手段來保證量子態沒有被竊聽,等等。
Bennett和Brassard后來對他們的原始方案做了重要改進:不用費事去將信息本身加載到量子態上,而只用量子態產生共享密鑰,再用密鑰對信息進行加密傳輸。這就是1984年提出的BB84協議[2]。量子態的特性可以確保密鑰的安全性,而用密鑰對信息進行加密傳輸,是已經成熟且被廣泛使用的經典信息安全技術,因此整個量子保密通信的過程大為簡化,效率大為提高。正是由于拋棄了把信息本身加載到量子態上傳送這一設想而改為只用量子態來傳送密鑰,量子保密通信才變得具有現實意義,成為最先進入實用化階段的量子信息技術。
從上世紀九十年代到本世紀初,一些國外學者再次提出了用量子態直接傳輸經典信息的方法[3,4],但上述學者在這以后并沒有繼續這方面的工作。此后,國內學者開始跟進[5,6],雖然具體形式與之前國外學者的方案有所不同,但與量子保密通信相比,都存在效率低、成本高、有安全缺陷等缺點。
據統計,過去10年來在Nature、Science、Nature Physics、Nature Photonics、Physical Review Letters和Physical Review X這幾個高端國際學術期刊上發表的論文中,主題詞為“量子密鑰分發”的論文有140余篇;而主題為“量子安全直接通信”的論文近10年僅有1篇。
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參考文獻:
[1] 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.
[2] C. H. Bennett and G. Brassard, in Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing pp. 175-179 (1984).
[3] L. Goldenberg and L. Vaidman, Phys. Rev. Lett. 75, 1239 (1995).
[4] A. Beige et al., Acta Phys. Pol. A 101, 357 (2002); 101, 901 (2002).
[5] F. -G. Deng, G. -L. Long, and X. -S. Liu, Phys. Rev. A 68, 042317 (2003).
[6] F. -G. Deng and G. -L. Long, Phys. Rev. A 69, 052319 (2004).
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