量子加密(Quantum cryptography),其实就是利用量子力学的特性来实施加密任务。传统的公开密钥加密,一般称为有条件的安全,而量子加密可以做到无条件的安全。传统加密一般都是人为限制了窃密者的科技水平,或者说即便窃密者能破解密码,也需要很长时间,这样的信息已经没有时效性了。比如说,破解二战德军的战略信息需要几个月甚至几年时间,对于战争而言已经毫无意义了。但是当计算机速度足够快,比如说量子计算机,破解传统加密就不是什么难事了。而量子加密技术,即便是量子计算机普及,理论上也是无法破解的。
量子加密之所以可靠,主要是由量子力学的基本特性决定的。最重要的便是海森堡测不准原理,即人为测量量子通信的数据时,便会改变量子态。由此推导出的“不可克隆定理”(No-Cloning Theorem),即量子力学中对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制的过程是不可实现的,因为复制的前提是测量,而测量一般会改变该量子的状态。
量子加密的原理
当下所谓的量子加密或者量子通信,和量子纠缠(quantum entanglement)没有半毛钱关系。想要达到三体人利用量子纠缠进行通信的水平,我们还有很长的路要走。当下所说的量子加密或者量子通信一般都是利用光子传播的偏振特性。
什么是偏振呢?学过双缝干涉实验就很容易理解了。光子在向前传播时,会在上下或者左右的方向上振动,也就是振动的方向垂直于前进的方向,这时候如果在光子前进的方向设置一块具有很小缝隙的挡板,这样偏振方向和缝隙方向一致时,光束就可以通过,反之就会被挡住。这样很就容易想到,发送上下垂直振动的光子可以代表0,左右振动的光子则代表1,不妨称之为A方案。同样可以把偏振光旋转45°,这样45°方向的偏振光就代表0,135°方向振动的光子代表1,不妨称之为B方案。到此,我们已经可以通过A、B两套不同的方案发射0或者1这样的数值了。当然,接收方自然也就可以利用A、B两套方案进行测量。