最新突破: 量子操控, 試圖徹底解決量子通信的安全問題

《科學》雜誌最新一期報道：量子通信的安全問題，一直都是難以克服的障礙——但來自澳大利亞格里菲斯大學的最新研究，有望徹底解決這個關鍵難題。

凡是懂得一些量子力學的人都知道，在量子世界裡，各種粒子都有糾纏態。簡單來說，就是把一對廝混在一起的粒子對，拆開，相隔任意遠，然後對其中一個粒子進行測量時，另一個粒子就會立即做出反應。

這就意味著：一個粒子對另一個粒子的影響速度，竟然能超光速？！

乍一看誰都不會相信，別說你我，就是愛因斯坦也不相信。

所以呢，愛翁把這種不可思議的現象叫做【幽靈般的超距作用】。

腦海里搞出個【薛定諤貓】的那位薛定諤先生，隨後給取了個名叫【量子糾纏態】。

隨著量子實驗物理學的快速發展和應用，如今這一奇異現象不僅被證實了，而且正在高端應用。糾纏態最吸引人的應用，莫過於量子隱形傳態，也就是量子通信。

被譽為「中國量子通信之父」的潘建偉院士，領銜主導的一系列驚天偉業，其實就是在量子通信領域的一步步尖端應用：

• 2016年8月，全球首發量子衛星「墨子號」。
• 2017年6月，墨子號衛星實現千公里級的量子糾纏分發，打破了此前國際上保持多年的百公里級紀錄。
• 2017年9月，世界首條量子保密通信「京滬幹線」開通，實現了連接北京上海兩地、全長2000多公里的量子通信骨幹網路。

緊接著，結合「京滬幹線」與「墨子號」的天地鏈路，潘建偉與他的恩師——奧地利科學院院長安東·塞林格（Anton Zeilinger），進行了量子保密通信視頻通話，意味著全球首次洲際量子通信的實現。

我說了這麼多，背後隱藏了兩個關鍵點：

①整個量子通信其實並不是超光速，儘管利用了「超距超光速的糾纏態」，但量子通信系統必須要有經典通道，所以不可能實現超光速信息傳輸。

具體量子通信原理請看——劃時代的墨子號和神秘的量子論，其實你也能搞懂

為什麼中國一顆衛星，竟然能夠驚動全世界科學界？mp.weixin.qq.com

②之所以中國花大力氣研發量子通信衛星，並不是為了什麼超光速通信，最最重要的目的就是為了保密！

借用《科學有故事》科普人汪潔先生的精闢總結：量子通信只能被破壞和竊取，但永遠不可能被竊聽，因為竊聽就等於了竊取或者破壞。

現實世界中，如果有竊密方破壞和竊取了量子通信內容，保密方就會立即發現並終止通信，改換其他量子通道。如果再破壞、竊取，保密方就得再終止、再改換……

• 問題來了，能否終結這種騷擾式遊戲？

這是個關鍵問題。最近一期（1月5日）《科學》雜誌發表的一篇論文，有望解決這個大大的問題。

這項研究由澳洲格里菲斯大學（Griffith University）量子力學研究中心的科學家們階段性設計完成。

目前量子通信系統使用的都是光子的量子態傳輸。而隨著量子通道的長距離傳輸，會有越來越少的光子通過這個通道，因為沒有哪一種通信材料能夠100%不吸收、不散射光子。

更重要的是，每個丟掉的光子，很可能被竊密方加以利用，通過模擬糾纏態入侵，由此破壞、竊取量子通信系統。

• 那該怎麼辦？

這組科學家採用的是新兵增援法。那些能夠通過量子通信傳輸的光子，會被傳輸到一個特殊的量子通道，然後，添加額外的高質量光子對，你不妨可以理解為新兵增援。

最關鍵的就是這些新兵（高質量光子對）必須實現高效產生，有效補充，這一過程被稱作「量子操控」（Quantum Steering）。

這個核心技術，由澳洲格里菲斯大學量子力學研究中心與美國國家標準技術研究所合作研發。

目前，這項研究成果可以實現——光量子在相當於80公里的光纖通信中進行高質量、高安全的傳輸。

發表這項研究成果的第一署名作者摩根·韋斯頓（Morgan M. Weston）表示：

利用量子操控，就是要提前排除解決掉傳輸中的損耗、破壞、竊取等問題，有望徹底解決量子通信的安全問題。

量子操控，一旦實際應用，真的就會徹底斬斷破壞、竊取量子通信的念頭——看得出來，這就是魔高一尺，道高一丈的遊戲！