量子通信为啥能反窃听?
因为量子世界三大定律之一:测不准原理。
如果敌人想要截获量子密钥,必须先截获 A、B 两个纠缠态粒子,然后测一下自旋态。
问题就出在这里。
量子态不是先天决定的,而是被你的测量决定的:你测了,它就从魔法般的量子纠缠态,变成平淡无奇的确定态了。
还记得前面提到的工程师贝尔吗?
他发明的「贝尔不等式」原理,就是用来检测纠缠态粒子之间是否存在「超距作用」。
当被敌人测过的 A、B 粒子到达我们的同志手中,他们只要做一件事,就能看出量子密钥是否被动过手脚:用阿斯派克特实验验证贝尔不等式——如果发现 A、B 之间的超距作用已然消失,只能说明一件事:在我方测量之前,已经有人测过了。
虽然在原理上,通过验证贝尔不等式已经足以确保信道的安全,然而在实际应用中,做阿斯派克特实验实在太麻烦了。
所以量子通信卫星「墨子号」用的是更先进的量子密钥分配协议——BB84 协议。和原版量子纠缠通信的不同之处在于,它利用光子的偏振方向(而非自旋态)产生随机化的 0 和 1(量子比特)。
当然,BB84 的安全性同样依靠量子「测不准原理」:窃听者对量子信号的测量会改变信号本身,导致接收方收到的信号中乱码大增,从而暴露了自身的存在。
从军事的角度来说,比无法破解的通信更安全的,是无法窃听的通信;比无法窃听的通信更安全的,是能发现窃听者的通信;比能发现窃听者的通信更安全的,是我能发现有人窃听,但窃听者却不知道被我发现了的通信。
「不被窃听」很重要,「发现窃听者」很重要,这些都容易理解,但为什么「窃听者不知道被我发现」更重要呢?
因为,如果窃听者不知道他已经暴露了,我军可以将计就计,故意发一些假消息引君入瓮!把谍战的主动权抓到自己手中,在军事上,比被动地单纯反窃听更管用。
就拿二战的逆转战役「诺曼底登陆」来说,其实希特勒早就料到盟军会把赌注押在诺曼底,但盟军情报部门用了一年的时间给德军传送假情报,发出几千封加密电报供德军破译,硬是忽悠得元首大人连自己都不相信了。
量子通信就属于第三种:「我方可以轻松发现窃听,而窃听者却不知道被我发现」的加密通信,而且是当今所有已知加密手段中,唯一能做到第三层次的技术。
当然,窃听者也知道量子通信的厉害。正因为如此,没有哪个间谍敢随便窃听量子通信的信息,就算窃听到了也没人信:我怎么确定这次窃听到的情报不会把元首坑死?
而攻击量子通信的唯一方法,不是窃听、破解,只能是干扰:例如用强激光照射接收器将其「致盲」,量子信道被干扰成乱码,把敌我双方拉回到同一起跑线。
毕竟,量子通信的特长是反窃听,而不是抗干扰。
但这称不上是量子通信的弱点。其他所有传统通信方式,在干扰下都会难以为继,「无条件不受干扰」的通信,目前还没发明出来呢。
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