量子密碼技術(shù)：安全通信的福音

美國麻省理工學(xué)院量子機械工程學(xué)教授塞斯·勞埃德在世界經(jīng)濟論壇網(wǎng)站《2005全球議程》專(zhuān)輯上撰文說(shuō)，量子力學(xué)為世界帶來(lái)了晶體管和激光。量子計算技術(shù)將帶來(lái)更大的進(jìn)步，如真正安全的密碼技術(shù)等。文章題為《量子大躍進(jìn)》，全文如下：

    我們正身處一個(gè)技術(shù)革命時(shí)期。由于工藝的靈敏性和精確性飛速發(fā)展，制造技術(shù)正在走向物理基本定律所允許的極限。量子力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，它描述的是微觀(guān)世界的基本原理。當機器元件小到原子尺度的時(shí)候，量子力學(xué)就變得越來(lái)越重要。量子力學(xué)以古怪聞名：如一個(gè)電子在任意給定時(shí)刻都可處在幾種可能位置當中的任何一個(gè)位置。

　  量子力學(xué)的古怪特性給量子技術(shù)帶來(lái)了難題。特別是，量子裝置往往比普通尺度的裝置對聲音更為敏感。但量子力學(xué)的古怪特性也帶來(lái)了機會(huì )：量子計算機能解決普通計算機所不能解決的問(wèn)題；量子密碼技術(shù)能提供不可破解的安全通信；而量子系統對聲音的敏感性正好能夠用于制造更強大的傳感器和探測器。

　  在過(guò)去的十來(lái)年中，量子機械工程師們想方設法利用了量子力學(xué)的一些古怪特性。電子位置的不確定性對計算機的制造意義重大。傳統數字計算機的工作原理是把信息分拆到其最小單位————比特，然后一次傳輸一兩個(gè)比特。一個(gè)比特可代表兩種不同的狀態(tài)，傳統上我們稱(chēng)之為0和1。在電子計算機中，一個(gè)比特用大量電子來(lái)代表：這里的10億個(gè)電子代表1，那里的10億個(gè)電子代表0。而在量子計算機中，只需用一個(gè)電子就可以標明一個(gè)比特：這里的一個(gè)電子表示1，那里的一個(gè)電子表示0。

　  到目前為止一切順利：量子計算機用一個(gè)電子而不是幾十億個(gè)電子來(lái)表示一個(gè)比特。但根據量子力學(xué)原理，一個(gè)電子不一定非得在“這里”或“那里”：它可以既在這里也在那里！在古怪的量子意義上，這個(gè)電子同時(shí)代表“1”和“0”。能夠同時(shí)表示兩種情況的能力聽(tīng)起來(lái)非常奇怪，與我們的直覺(jué)不符。但這些量子比特擁有一些傳統比特所沒(méi)有的能力。建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳統計算機所無(wú)法企及的。例如，一臺只有幾千量子比特的相對較小的量子計算機能夠破譯現存的所有公用密鑰的密碼系統（公共密鑰的密碼系統保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息的安全）。

　  那些想保護他們密碼的人還算幸運，目前還只出現容量不到10比特的量子計算機，暫時(shí)還未對電子商務(wù)構成威脅。但量子計算機的規模正在迅速擴大，再過(guò)一二十年，量子計算機可能真的會(huì )成為一種破壞信息交換安全的技術(shù)。還好，量子力學(xué)雖然對通信安全構成了威脅，它同時(shí)也提供了一個(gè)檢測信息交換是否安全的辦法。量子密碼技術(shù)的原理是海森堡測不準原理中所包含的一個(gè)特性，即當有人對一個(gè)量子系統進(jìn)行“偷窺”時(shí)，他同時(shí)也會(huì )破壞這個(gè)量子系統。

　  量子力學(xué)的古怪特性為新技術(shù)的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了廣闊前景。許多技術(shù)————如激光、晶體管、電子顯微鏡等————已經(jīng)在社會(huì )上造成巨大影響。另一些技術(shù)————如量子計算機和量子密碼技術(shù)————則正在造成影響。量子的古怪特性還會(huì )帶來(lái)些什么樣的影響呢？這是留給下一代量子機械工程師們的問(wèn)題。