什么通信無法被竊聽呢？不可竊聽的未來通信

量子通信技術(shù)到底是什么樣的高科技呢？它又高在哪里呢？其實，量子通信要解決的是通信安全問題。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，盟軍能夠打敗納粹德國的一個極為重要的原因就是，英國的情報部門竊聽并且破譯了德軍的電報。為了通信安全，人們想出了各種各樣的加密方法，可惜的是，道高一尺魔高一丈，再厲害的加密算法，總有更聰明的人能想到破譯的方法。

于是，科學家們就在想，能不能從源頭解決問題，也就是徹底杜絕竊聽呢？

早期的電報機、今天的手機、有線電話、對講機，它們其實都是利用電磁波進行通信。當我和你通過電磁波通信時，第三方接收者（竊聽者）可以神不知鬼不覺地存在，并不會影響我和你之間的通話。

哪怕是有線電話，也無法防止被竊聽。因為電磁波雖然被約束在了電線中，但竊聽者只需要在電線上接一個分支出來就能偷聽了。

所有的傳統(tǒng)通信之所以會被竊聽，關(guān)鍵的原因在于通信過程中，信息被復制了無數(shù)份。一束電磁波中，包含了萬萬億億個光子，每一個光子都攜帶著一份信息。

比如，現(xiàn)在我要你傳送一句話：是金子總會發(fā)光的。

用電磁波通信的過程，就是你叫來一億個快遞員，讓每一個快遞員都從你這里取一個“是”字，送出去。然后又叫來一億個快遞員，每個人取一個“金”字送出去，就這么每次一叫就叫一億個快遞員。那么，竊聽者在半路上攔截了幾個快遞員，搶走了物品，在這個過程中，發(fā)送方和接收方都是渾然不覺的，因為同樣的快遞員實在是太多了。

知道了傳統(tǒng)通信中信息被竊聽的原理，科學家們就想出了一個應(yīng)對策略：每發(fā)一個字就只叫一個快遞員（你可以把一個快遞員就理解為是一個光子）。

每個快遞員從我這里拿走的物品就是獨一份，沒有第二份。這樣一來，如果有一個快遞員中途被攔截了，那么接收方馬上就會發(fā)現(xiàn)收到的信息是不完整的，也就是竊聽者只要一竊聽，馬上就會被察覺。

這就是量子通信的核心原理，說出來真的是一點都不高深。

但是，單光子通信是標標準準的知易行難的事情，實現(xiàn)它是很困難的?，F(xiàn)在，全世界把這個技術(shù)做得最好的就是我們中國人。2016 年 8 月 16 日，我國成功發(fā)射了墨子號量子實驗衛(wèi)星，全世界第一個實現(xiàn)了在 500 公里高的太空軌道，把單個光子準確地打到地面的接收器上。

但是，講到這里，還只是量子通信的核心原理，并不是量子通信的全部。因為，要真正實現(xiàn)不被竊聽，還有一個至關(guān)重要的問題：在單光子通信方案中，有一個漏洞，如果一旦信息被復制，不就能竊取信息了嗎？

萬幸的是，科學家們發(fā)現(xiàn)了量子世界中的又一個神奇規(guī)律：量子不可克隆原理。要知道，一個量子的自旋態(tài)在沒有被測量之前，是處在不確定中的，只有被測量了之后才能確定下來。正是這個原因，使得一個量子的自旋態(tài)永遠也不可能被另一個量子克隆。你可以復制，但是對不起，一旦你復制成功了，原始量子也必然被破壞。

回到那個快遞的比喻，在量子的世界中，雖然你可以把快遞員給攔截下來，但是，你只要一打開快遞盒，讀取了里面的信息，那對不起，這個快遞盒就被徹底破壞了。

正是因為有了量子不可克隆原理的存在，才使得單光子通信成為了絕對安全，從理論上來說不可能被竊聽的量子通信，它在未來的軍事、國防和信息安全領(lǐng)域?qū)⑵鸬骄薮蟮淖饔谩?/p>

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者： 科學聲音

審核：北交大物理實驗室高級工程師 周曉亮

出品：中國科協(xié)科普部

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