中国量子通信密钥体系可以抵御量子计算机攻击

发表于 2015-12-30 13:30

本帖最后由白猫警长于 2015-12-30 13:33 编辑

2015年，在量子通信和量子计算方面，中国可谓硕果累累——杜江峰研究组把金刚石的一个碳原子由氮原子取代，外加氮原子旁边的一个空位，组成了ＮＶ色心结构，成为单自旋固态量子计算的载体，在传统的纠错码下达到了非常高的操作精度，量子逻辑门精度达到了99.99%，其单比特门精度已经满足容错计算的需求，若能做到系统扩展，使成百上千的逻辑比特都达到满足容错计算的精度，那就能建成量子计算机。而中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。英国物理学会（Institute of Physics）新闻网站《物理世界》（Physics World）将其评为“年度突破”。
就在今年11月，谷歌推出的D-Wave量子计算机，宣传其在解决问题时能够比其他任何计算机都快出一亿倍，并能破解任何秘钥体系。那么中国量子通信密钥体系能否抵御量子计算机的攻击？日前，观察者网专访了问天量子总裁、中科大量子信息实验室博士赵义傅，为大家答疑解惑。问天量子是以郭光灿院士团队实用化量子通信技术为基础，从事量子信息技术产业化的公司。郭光灿院士是科技部973项目“量子通信和量子信息技术”的首席科学家。
以下为观察者网对赵义傅博士的采访：

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2015-12-30 13:29 上传

郭光灿院士
观察者网：能给量子通信下个定义么？
赵义傅：量子通信这个名词其实稍微有点争议，现在把量子密钥分配和量子隐形传态都视为量子通信。现在已经商业化的量子通信的技术是量子密钥分配，用来传递密钥、分发密钥，保障信息安全，量子隐形传态目前还不能商用。

观察者网：能否具体解释下量子隐形传态？
赵义傅：量子态隐形传态是一种传递量子信息（例如以量子叠加态编码的信息）的技术。它首先要在信息传递的“本地”和“远方”两地间建立量子纠缠，将要传递的“目标量子信息”与量子纠缠的本地方进行测量，远方的纠缠量子状态随即改变，但需借助两地间必要的经典通信，即可将远方的量子态重构成为“目标量子信息”。在这个过程中原先携带“目标量子信息”的物理载体却留在原处，不必被传送。在这个过程中，经典通信是必不可少的，单靠量子通道无法实现这种隐形传态，因此，此过程中量子信息的传输速度，并没有违背光速最大原理。

观察者网：之前提到量子叠加和量子纠缠，能解释下么？
赵义傅：量子叠加指的是量子态可以同时处于多种状态上，当对其观测时，量子叠加态将随机地以一定的概率呈现不同态的性质。这一点和经典情况有些不同。比如说，在经典信息论中最基本的概念就是经典比特。一个经典比特的值或者是1或者是0，不会有第三种情况。然而量子态叠加原理，却允许量子信息理论引入一个0和1的叠加状态，这个状态既不是0，也不是1，如果测量它，那么它可能是1也可能是0。
如果将处于量子纠缠中的两个粒子分开很远，当我们完成对一个粒子的状态进行测量时，这时另一个粒子的状态受到关联关系的制约，会随之发生变化，这种影响不受距离的限制。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”，量子纠缠态的关联被称为非定域的量子关联。

观察者网：实现量子纠缠就能用于量子隐形传态？
赵义傅：要达到理想的纠缠态，或者说最好的纠缠品质，必须经过纠缠纯化。但是受实验条件限制或环境噪声影响，通常制备出来的纠缠态并不理想；而经传输后，纠缠态的纠缠品质还会有所下降。因此，可以通过对许多对纠缠品质较低的纠缠态进行联合操作，制备出对数少一些，但是纠缠品质提高到接近最好的纠缠态。
观察者网：能解释下纠缠分发么？
赵义傅：将互相纠缠的物理客体分别发送到空间距离很远的不同的地方，也就是纠缠分发。纠缠往往是存在于多个物理客体之间，如光子之间、原子之间，光子和原子之间，根据量子力学理论描述，2个处于量子纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态，而且这种影响是瞬间完成的。

观察者网：那为什么不用量子隐形传态实现量子通信呢？
赵义傅：一方面是技术上有难度，离产业化推广还很漫长。另一方面，普通的弱光激光器经过衰减就能实现量子密码通信的量子态制备和发送，而且已经证明该方案和纠缠态量子密码通信是等效的，因此，在实际的量子密码分配中不需要技术难度大，价格昂贵的纠缠光源或量子隐形传态。

观察者网：量子通信技术中美孰优孰劣？
赵义傅：在量子密钥分配方面局部互有优劣，总体上差不多。但在量子隐形传态方面，中国走在美国前列——中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。

观察者网：潘建伟院士、陆朝阳教授完成的技术突破就是前面提到的量子隐形传态？
赵义傅：是的，成果非常重要。

观察者网：能否具体介绍下量子密钥分配？
赵义傅：量子密钥分配用弱相干光源发射光子，因为弱相干光源弱到一定程度，光子是一个一个往外蹦的，以此代替单光子源。把一个信息编码在一个光子上，一个光子有着不同的量子态，代表着0和1，把光子通过光纤发射过去，接收方接到密钥后进行解码。

观察者网：量子密钥分配有什么优势呢？
赵义傅：最大的优势是安全。

观察者网：能说说原因么？
赵义傅：一是光子不可分割。因为一个光子不能再分割，所以窃听者不可能将光子切成两半，拿走一半获得密钥，一半传输给接收方。二是光子不可能被准确的复制，因为它是一个未知量，所以光子无法被精确复制，窃听者无法通过复制光子获取信息。三是光子无法准确的测量，窃听者无法通过准确测量光子，制备出一个一模一样的光子。
因此，无法将光子信息读取出来后，再将光子发出去。一个未知的量子态是唯一的，接收者如果接收到了准确的光子，那么窃听者就拿不到任何信息。

观察者网：也就是说单光子的不可分割性是量子密码安全性的重要物理基础？
赵义傅：是的。

观察者网：但是多光子脉冲不再拥有不可分割性，那么应该如何应对光子数分离攻击？（弱相干光源发射出去的是单光子与多光子脉冲的概率混合，在所发出的非真空脉冲中，有些是单光子的，有些是多光子，比如2光子、3光子……多光子脉冲即包含了多个全同偏振光子，窃听者可将其分离，自己留下一个，将剩余光子送到远程合法用户。在这种情况下窃听者的行为不会被合法用户察觉。）
赵义傅：光子数分离攻击可以用诱骗信号量子密码方案应对。用弱光替代单光子，有可能存在多个光子概率，有可能存在1个光子的概率。诱骗态方法是指发射2/3种不同强度的光子，经过信道衰减后，强度高的光子到达的概率高，强度低的光子达到的概率低，在正常状态下，这个概率是成正比的。如果窃听者采取从多个全同偏振光子中拿走一个的方法获取信息，那么光子的接收概率会和正常状态下不一样，这样就可以监测出是否被窃听。

观察者网：那些被窃听者截获的光子怎么办？
赵义傅：只要通过对比就能知道，成功传输的有哪些，少了哪些光子，被截获的光子就直接舍弃。反正传递的是密钥，而不是信息数据，不需要有完整性。

观察者网：刚才提到光子用光纤发射，也就是说现在的量子密钥分配其实还是依托经典通信，只是增加了量子密钥分配保障信息安全？
赵义傅：是的，量子密钥分配就是用来传输秘钥的。

观察者网：郭院士研究组实现的量子通信最大距离是多少？
赵义傅：郭光灿院士研究组使用超导探测器，量子通信最大距离已经实现260公里了。

观察者网：那远程量子通信如何去实现呢？
赵义傅：用中继站，中继站理论上有两种，一种是量子中继；另一种是可信中继。

观察者网：有什么区别么？
赵义傅：量子中继技术难度很高，安全性更好，但现在还开发不出来。可信中继站是A把密钥传输给B，B再把密钥传输给C，中途密钥要落地，B是知道密钥的所有信息的，因此要求中继必须可信。而量子中继在中途密钥是不落地的。

观察者网：那如果一个中继站被窃听者控制，那么就无法保障量子通信的安全性？
赵义傅：是的，所以可信中继必须是可信，一旦中继站被窃听者控制了，整个远程量子通信就不安全了。

观察者网：您除了是科大量子实验室博士外，还有问天量子CEO的头衔？
赵义傅：问天量子其实是属于科大量子实验室的公司，是给科研机构做产业化的公司。

观察者网：能具体说说问天量子的技术成果吗？
赵义傅：问天量子最突出的技术成果是拥有一个多国认证的量子密钥分配专利，也是目前国内唯一一个方案级专利，用这个方案做的系统非常稳定。另外，问天量子的量子路由器等产品也有多国专利认证。

观察者网：现在问天量子设备客户主要是？
赵义傅：主要是国家推动的这方面客户。

观察者网：那制约量子通信商业化发展的因素是？
赵义傅：量子设备昂贵，光纤租赁成本高。

观察者网：量子通信在国防上的应用前景如何？能说说具体应用的例子么？
赵义傅：在商业领域，通信安全性要求不高，量子密钥分配已经能完全满足需求。

观察者网：量子通信将来的前景如何？
赵义傅：我对量子通信前景是很看好的。因为量子密钥分配是目前唯一已经被证明能够对抗量子计算机超强计算能力的密钥体系。

观察者网：前段时间非常火的谷歌D-Wave 2X 宣称能攻破现有的密钥体系，D-Wave 2X能破解中国量子通信密钥体系么？
赵义傅：D-Wave 2X做不到。因为谷歌D-Wave 2X是购入的加拿大一家量子计算机公司的设备后加入了一些新的算法设计出来的，它只是在量子退火算法这个特定的功能上比传统计算机快，只能加速计算优化问题，现在基本所有的量子计算机还都不是通用的量子计算机，它只能做某一种事情，不能解决所有问题，现在只能算作量子模拟机，而不是标准量子计算机。

观察者网：那标准量子计算机也无法破解中国量子通信密钥体系么？
赵义傅：是的。因为传统RSA加密方法是利用计算复杂度的方法，而量子通信的机理和传统RSA加密方法有本质的不同，是利用量子力学的基本原理确保安全，和算法无关。

观察者网：也就是说，标准量子计算机会冲击经典密钥体系，但无法破解量子量子通信密钥体系。
赵义傅：是的。因为量子通信密钥体系的安全性是不依赖于计算速度和计算复杂性的，所以仍然可以保持安全性。
（采访：铁流）

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看来量子计算机不远了吗

单光子的不可分割性是量子密码安全性的重要物理基础 === 万一敌人在物理理论上有突破就会很惨。当年德国的恩尼格玛也被认为是“不可破译”的密码。

这世界上没有“绝对”的事儿。别把全部指望都寄托在一个东西上，千万得留一手。

不知何时才能实验?!

光子可以分割，不过需特殊的介质。

本人的领域！！！

秘匙被盗只要能被发现也可以，就怕被盗不知道

QuantumSocks先出来吧

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