量子科技之密碼術篇
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【大紀元7月27日訊】 量子密碼術是密碼術与量子力學結合的產物，它利用了系統所具有的量子性質。首先想到將量子物理用于密碼術的是美國科學家威斯納。威斯納于1970年提出，可利用單量子態制造不可偽造的“電子鈔票”。但這個設想的實現需要長時間保存單量子態，不太現實。貝內特和布拉薩德在研究中發現，單量子態雖然不好保存但可用于傳輸信息。1984年，貝內特和布拉薩德提出了第一個量子密碼術方案，稱為BB84方案，由此迎來了量子密碼術的新時期。
1992年，貝內特又提出一种更簡單，但效率減半的方案，即B92方案。量子密碼術并不用于傳輸密文，而是用于建立、傳輸密碼本。根据量子力學的不确定性原理以及量子不可克隆定理，任何竊听者的存在都會被發現，從而保證密碼本的絕對安全，也就保證了加密信息的絕對安全。最初的量子密碼通信利用的都是光子的偏振特性，目前主流的實驗方案則用光子的相位特性進行編碼。目前，在量子密碼術實驗研究上進展最快的國家為英國、瑞士和美國。英國國防研究部于1993年首先在光纖中實現了基于BB84方案的相位編碼量子密鑰分發，光纖傳輸長度為10公里。這項研究后來轉到英國通訊實驗室進行，到1995年，經多方改進，在30公里長的光纖傳輸中成功實現了量子密鑰分發。与偏振編碼相比，相位編碼的好處是對光的偏振態要求不那么苛刻。在長距离的光纖傳輸中，光的偏振性會退化，造成誤碼率的增加。然而，瑞士日內瓦大學1993年基于BB84方案的偏振編碼方案，在1．1公里長的光纖中傳輸1．3微米波長的光子，誤碼率僅為0．54％，并于1995年在日內瓦湖底鋪設的23公里長民用光通信光纜中進行了實地表演，誤碼率為3．4％。1997年，他們利用法拉第鏡消除了光纖中的雙折射等影響因素，使得系統的穩定性和使用的方便性大大提高，被稱為“即插即用”的量子密碼方案。
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室，創造了目前光纖中量子密碼通信距离的新紀錄。他們采用類似英國的實驗裝置，通過先進的電子手段，以B92方案成功地在長達48公里的地下光纜中傳送量子密鑰，同時他們在自由空間里也獲得了成功。1999年，瑞典和日本合作，在光纖中成功地進行了40公里的量子密碼通信實驗。在，量子密碼通信的研究剛剛起步，中科院物理所于1995年以BB84方案在國內首次做了演示性實驗，華東師范大學用B92方案做了實驗，但也是在距离較短的自由空間里進行的。2000年，中科院物理所与研究生院合作，在850納米的單模光纖中完成了1．1公里的量子密碼通信演示性實驗。總的來說，比起國外目前的水平，我國還有較大差距。量子力學的研究進展導致了新興交叉學科———量子信息學的誕生，為信息科學展示了美好的前景。另一方面，量子信息學的深入發展，遇到了許多新課題，反過來又有力地促進量子力學自身的發展。當前量子信息學無論在理論上，還是在實驗上都在不斷取得重要突破，從而激發了研究人員更大的研究熱情。但是，實用的量子信息系統是宏觀尺度上的量子體系，人們要想做到有效地制備和操作這种量子體系的量子態目前還是十分困難的。
人類在20世紀能夠精确地操控航天飛机和搬動單個原子，但卻未能掌握操控量子態的有效方法。在21世紀，人類應積極致力于量子技術的開發，推動科學和技術更迅速地發展。
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