光速運作的量子加密

本文講的是 光速運作的量子加密，想象一下以下三個場景：醫院将MRI（核磁共振成像）結果直接發送到你的手機上，而不需要擔心你的個人健康資料洩露；了解到你的金融資訊在半個世界以外的伺服器上存儲得很安全；發送内容高度敏感的商業信函，而不用擔心它會落入壞人之手。

多倫多大學的工程師團隊進行了一項最新研究，使得我們離實作百分百安全的資訊交流又近了一步。研究者的論文發表在《自然通信》（Nature Communications，《自然》期刊集團下屬的網絡期刊）上，文中介紹了一種全光子量子終極協定，使得資料在進行長距離傳送時，可以使用量子密碼確定安全。

使用量子密碼進行的通信過程利用了量子力學的規律在兩個使用者間傳遞資訊。它通過光子的量子态進行編碼，通信加密非常安全，幾乎不可能被打破。但在超長的光纖中發送光子并不像看上去那樣簡單：如果光纜長度超過50千米，90%以上的光子就會丢失，這嚴重限制了量子通信的範圍。

為了擴大這個傳輸範圍，有許多研究都集中在開發“量子中繼器”上，以刺雷射子，減少能量損失。這些中繼器類似于小型的量子計算機，将糾纏的光子信号保護和存儲在低溫下的光纖中，這導緻量子的通信頻率較低，裝置本身也笨重且緩慢。

來自多倫多大學的團隊開則發了一種新的量子中繼器，在長距離傳輸情況下隻使用光子，而不需要實際的的量子存儲器，也不需要設計在物質和光之間的交界口。多倫多大學的一位實體學教授和日本電信電話株式會社共同進行了此項目。

人們對于設計量子網際網路抱有很大的興趣，這種新型的網絡結構會允許人們傳輸更多的資訊，也更強大。但是，技術中所使用的量子态也有可能是很脆弱的。團隊的初衷是設計一種安全可靠的長距離通信方式。

團隊提出的全光子量子通信可以支援更高的量子通信頻率，其中運用了技術論證成熟的光學元件，并且能夠在室溫下運作。該技術在基本層面上使用到了高量子糾纏态（簇态），這可以增加系統的容錯性。

全光子量子通信可以被用于在量子計算機之間建立網絡。量子計算機目前還未得到實作，世界各地的研究機構在研制量子計算機方面競争激烈。

未來我們有可能建立由量子計算機組成的量子網際網路。網際網路的基本功能是傳遞資訊，但目前的通信模型并不安全，也有很多信号損失。

量子計算機即将到來，但量子技術還有另一個聽上去像是科幻的領域：量子傳輸。

研究人員對此提出的最初問題是能否在長距離傳輸量子偏振，但這很無聊。之後，研究人員們問自己，我們能做什麼更有趣的事情麼？結果我們能夠做的事是量子傳輸。

雖然在短期内我們還無法做到把人從家裡傳送到公司，但研究人員已經完成了一系列測試，證明了可以将量子甚至原子的狀态從一個位置傳送到另一個位置。

原文釋出時間為：五月 2, 2015

本文作者：Venvoo

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