量子计算的应用非常广泛,不仅可以解决大规模的计算机难题,破解经典密码,进行气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探,而且还能揭示新能源新材料、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制。
不过,量子纠缠“分身术”的特性有一个更为直接的应用,便是量子保密通信。
现在被认为最安全的信息传递方式是光纤通讯。光缆能把所有的光能限制在光纤里,外面得不到能量,所以这个传输被认为是安全的。但随着科技发展,只需让光缆泄露哪怕很少一部分能量,我们就能够窃听光缆传递的信号。
这是因为经典通信的信号只有0和1,发生窃听时,这两种信号不会被扰动。比方说,两人打电话时,他人可通过窃听器从通信线路中的上千万个电子中分出一些电子,使其进入另一根线路,从而实现窃听,而通话者无法察觉。“棱镜门”等事件的曝光便是最好的例证。
而量子通信则完全不会出现这个问题,这是因为其密钥具有不可复制性和绝对安全性。一旦有人窃取密钥,整个通信信息就会“自毁”并告知使用者。
比如,甲、乙二人要进行安全通信,甲发出的光子信息状态有水平、竖直、45°等,假设有人窃听,由于光子不可分割,首先窃听者根本无法分割出“半个光子”;其次,因为单次测量测不准、不可克隆的量子态特性,窃听者无法复制信息;第三,一旦窃听者截获光子,乙就收不到信息,也就不存在窃听。
无论怎样,根据量子力学原理,窃听都可以被发现。一旦被发现,原有密钥立即作废。甲就可以把没有被窃听的密钥传送过去,利用产生的密钥进行一次一密完全随机的加密。所以,利用量子不可克隆和不可分割的特性可以实现安全量子密钥分发,实现不可破译的保密通信。
诚然,神秘的量子世界令人着迷,亦令人困惑。但对我们而言,量子世界的威力已变得不再陌生。在人类生活中,手机、电脑、互联网等这些来自量子世界的果实无处不在。
然而,人们所感受到的量子技术还只是冰山一角。在探求量子世界奥秘的旅程中,人们仍在孜孜以求。