量子通信爭議,經典派到底爭了些啥?


量子通信爭議,經典派到底爭了些啥?



撰文 | 徐曉(華南理工大學物理與光電學院)
張三和李四講個體己話, 王麻子要偷聽 。 搞量子通信的量子派就對張三、李四說:“放心, 王麻子偷聽不了, 我有量子通信保密咧!王麻子一偷聽, 你們就曉得了 。 ”以前就搞通信的經典派就癟癟嘴, 說:“這問題俺們早就解決了, 讓王麻子偷聽也聽不清, 而且俺們的方法還便宜 。 ”說著說著, 兩派就爭起來了 。
《量子通訊爭議, 都在爭些什么?》一文, 給我們講了上面的故事, 讓我們吃瓜群眾知道了兩派爭吵的原因:他們并沒有就量子通信的科學原理的正確性進行爭論, 而是就其工程實用意義和成本問題進行爭論 。 這個總結, 是符合行內的爭論事實的 。
但是, 說到爭論本身, 我覺得文章沒有交待清楚 。
文章中說, 經典派攻擊量子派是“通信雙方老老實實待在固定位置”“物理系統脆弱”, 似乎把問題都說了 。 但是這話到底啥意思呢?老老實實待在固定位置有啥不好呢?物理系統怎么就脆弱了呢?通信系統不都是物理系統嗎?聽起來好像經典派有點吹毛求疵 。
所以我就從通信技術發展的基本情形出發, 來“八卦”一下經典派的質疑是什么 。
量子通信通什么?
要理解兩派的爭論, 先得明白量子通信到底做什么事 。
量子通信雖然叫“通信”, 但并不是我們所理解的雙方拿起電話說聲“你好”的意思, 而是雙方為了進行保密通信而做的準備活動 。
什么活動?密鑰的產生和分發 。
密鑰是用來加密通信信號的一串密碼 。 有了這個密碼, 我們就可以用一個程序, 結合密碼, 把發送的通信內容加密, 或把接收的內容解密 。 因此, 這個密碼就像是把箱子的鑰匙, 就叫密鑰 。
好的密鑰, 應該是別人想半天、搞半天也仿不出來的 。 而且, 就是好的密鑰, 過段時間, 也得趕快換掉, 以免時間太長被人琢磨出來或者偷了 。
密鑰生成后, 還得趕快送到使用者手里, 免得中途有王麻子來偷 。
量子派夸耀的是他的生成和分發技術:密鑰高級難仿;生成和分發是在量子信息通道里立刻完成, 所以密鑰想什么時候換, 就什么時候換;而如果王麻子要在量子信息通道里去偷聽, 立刻就會被識破 。
【量子通信爭議,經典派到底爭了些啥?】經典派的質疑
經典派針對量子派的夸耀, 進行了兩點反駁:一個是分發方式太貴, 沒法商用;一個是王麻子根本就不偷聽, 直接讓你傳不成信息就好了 。
那么經典派如何質疑的?我們來詳細分解一下 。
網絡
兩個人之間要通話, 一根電話線就夠了;三個人彼此間要通話, 如果還是采用兩個人之間拉線的方式, 就要3根線 。 N個人呢?那要N(N-1)/2根線 。 因此, 100個人, 要4950根;1000個人, 就是499500根......這樣拉線, 不是個辦法 。 就算再有錢, 也不是這么花 。
現代通信的辦法, 是建個通信網 。 每個人都把自己的電話線接進網 。 而網里有一些電話線, 可以臨時接給要通信的雙方 。 通信完, 雙方都斷掉跟這個網里的電話線的連接 。 網里這些線就可以給別人用了 。 比如, 我們為100個人建一個通信網, 有50根電話線在網里, 那么同時所有的人都可以捉對廝殺——不, 是“說體己話”了 。 加上每個人連入通信網所需的那1根線, 我們總共只不過用了150根線就齊活了 。 成本大幅度降低 。
現代通信技術的發展, 就是利用網絡化的方式, 盡量共用信道, 所以通信越來越便宜 。 ——要不是通信便宜, 你會時不時在微信群里聊個天, 消磨時光么?

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