量子加密法

在IBM的華生實驗室里,班奈特(Charles Bennett)是位知名而優秀的理論學家,也是量子計算這個新領域的創始者之一。就像其他多數理論學家一樣,他待在實驗室的經驗並不多。他對於外在的事物漫不經心,有一次甚至把茶壺放在隔水加熱器太久,從綠色煮成紅色。不過,在1989年,班奈特和同事斯莫林(John A. Smolin)以及布拉薩(Gilles Brassard)決定放手一搏,著手進行一項開創性的實驗。他們根據量子力學的原理,展示了一種新的密碼技術。

基本介紹

  • 中文名:量子加密法
簡介,套用,

簡介

量子加密法中信息是通過光子傳輸的。但傳輸數據所使用的光子都是經過特殊處理的。舉個最簡單的例子,當傳送方將一束光子流傳送給接受方,必須從兩種模式中的選取一種對其中的光子進行編碼(解碼者通常稱傳送方為愛麗絲,接受方為鮑勃)。
首先是製作鑰匙,愛麗絲讓一個光子通過直線式或對角式偏振片裡的0或1狹縫,同時記錄下不同的指向。對於每個射入的位元,鮑伯隨機選擇一個濾片偵測,同時寫下偏振方向以及位元值。
在傳送之後,鮑伯與愛麗絲互相聯絡,這時不需要保密,鮑伯告訴對方他是用哪種模式接收個別光子。不過他並沒有說明各個光子的位元是0或1。接著愛麗絲告訴鮑伯他哪些模式的測量方式是正確的。他們會刪除沒有以正確模式觀測的光子,而以正確模式所觀測出來的光子便成為鑰匙,用以輸入演算法來對訊息加密或解密。
如果有人(稱為伊芙)想攔截這道光子流,由於海森堡原理的關係,她無法兩種模式都測。如果她以錯誤的模式進行測量,即使她將位元依照測到的結果重傳給鮑伯,都一定會有誤差。愛麗絲與鮑伯可以選擇性地比較一些位元,並檢查錯誤,來偵測是否有竊聽者。

套用

日內瓦舉行的瑞士大選中,投票的可靠度得到了保證。委員會將使用一種可以瞬間探測竊聽和錯誤的信息傳送方法——量子加密法,以此不僅僅保證選票的保密性,同時也保證所有的選票都被計數。
量子加密術運用許多先進的技術,其中有些做法仍然停留在實驗室階段,例如上圖中神奇量子科技的技術。為了擴張連結範圍,研究人員正在嘗試以光纖之外的媒介傳送量子鑰匙。科學家爬到山巔(在那樣的高度下,大氣的干擾可以減到最小),想證明透過大氣來傳送量子鑰匙是可行的。
洛沙拉摩斯國家實驗室在2002年所做的一個實驗,建造出一個10公里遠的連結。同年,英國法恩堡(Farnborough)的QinetiQ,與德國慕尼黑的盧特維格–麥西米連大學合作,在阿爾卑斯山南邊兩個距離23公里的山頂間做了另一個實驗。
他們進一步改良技術,例如使用較大的望遠鏡來偵測、用較佳的濾鏡以及抗反射鍍膜,希望由此建造出一個系統,收發距離1000公里以上的訊號,這樣的距離足以到達低軌道衛星。一個衛星網路便可以涵蓋全球。(歐洲太空總署正展開一項計畫,要做地面對衛星的實驗。歐盟在2004年4月也發起一項計畫,要在通訊網路間發展量子密碼技術,部份的原因是為了不讓梯隊系統(Echelon)竊聽—這個系統負責截收電子訊息,供美、英以及其他國家的情治單位使用。)

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