量子加密傳輸帶寬

『壹』 聽說中國研發了量子密碼

據NIST官方網站2006年4月18日報道，美國商務部國家標准與技術研究院（NIST）的科學家在光纖內獲取了基於量子物理學原理的速度最快的「不可破譯」編碼的原始代碼，這項工程在18日的奧蘭多SPIE國防與安全研討會上公布，從而向利用常規高速網路（包括廣域網際網路和區域網）傳輸超安全視頻邁出了堅實的一步。
國家標准與技術研究院研發的量子密鑰分配（QKD）系統在不同的方向利用單一的光子，即光束的最小粒子，產生連續的二進制編碼，或者稱作「密鑰」，來提供加密信息。量子加密的原理就是刪除任何中途截取者，從而保證絕對安全的密鑰交換。通過實驗室系統，科學家首先在長1公里的光纖中以超過每秒400萬比特的速率產生原始密鑰，這個速度是上個月NIST報道的最快速度的兩倍。接下來在長4公里的光纖中，盡管速度有些緩慢，但系統還是成功地獲得了密鑰。達到最高速度的錯誤幾率只有3.6％，這一幾率被認為是相當低了。下一步是對原始密鑰進行處理，使用NIST自主研發的技術對錯誤進行糾正，並進一步增加私密性，然後在原始速度減半的情況下產生密鑰，即每秒200萬比特。
先前NIST使用在1公里光纖中以每秒100萬比特的速度運作的量子密鑰分配系統產生的密鑰，加密、傳輸和解密網際網路質量的視頻流。據論文的作者NIST物理學家肖唐介紹，使用兩倍或更快速度產生的密鑰，通過相同的糾誤和增密方式，將會對更高解析度的視頻信號進行實時的加密解密。肖唐說：「這就是我們全力以赴在我們實驗室建造的高速量子系統的原型，在這個系統建成以後，我們就可以同時觀看來自不同地方的兩台攝像機拍攝的經過量子密鑰分配系統加密的視頻信號。」
高速量子密鑰分配系統可以運用於遠程敏感視頻的發送，如衛星圖片、知識產權、個人衛生保健和財政數據等貴重商業資料。此外，高安全性的通訊在軍事行動中也必不可少，可以同時供大量指揮官同時使用，並提供安全的資料庫和多媒體演示。

『貳』 量子通訊的幾個問題

1.
理論上沒有通訊距離的限制，當然距離越長工程上的挑戰越大，
因為保持
量子比特
處於相干狀態是很困難的，有時就算最好的
電磁屏蔽
、真空、超低溫的環境下，
量子信息
還是會在很短的距離下因
退相干
而失效。目前實驗室能達到的最長距離大約是十幾公里，介質是受環境影響很小的
偏振光
子。
2.
理論上也沒有帶寬的限制，
就好比你問
光通信
有沒有帶寬限制，答案是沒有，但光通信具體的通信標准比如GPOM，
就有了。
目前還沒有
量子通訊
的技術標准，而且量子通訊目前也只能用於加密，
必須使用傳統信道傳輸密鑰，而且加上在傳輸過程中的退相干效應，
理論上帶寬是要低於和它匹配的傳統信道的。
3，這個無從談起，根本就沒有實驗室以外的交換協議標准。在實驗室里，
光量子
的兩路交換模型都是一個挺復雜的課題。
4，其實只要信息的通道能成功
雙向傳輸
量子信息，那理論上就可以是雙工通信，
A和B可以都配備一套發送和接受設備就可以了。
5，量子通訊的一個特點是信息只能被提取一次，和其他人有沒有設備沒關系，
因為處於
疊加狀態
的量子比特被觀察一次後就坍塌了，所以就算它被別人截獲了，
你也能及時發現。
6，強調目前
量子通信
就算在理論上也只能應用於加密，如果商用的話，安流量收費，包月88折，親！

『叄』 量子加密:或許是人類的終極加密法quantum encryption

上節 講了量子計算機的原理，這節我們來講第七代加密法—— 量子加密 。

和其他加密法最大的不同是，其他加密法的原理只使用了數學，而它不但使用了數學，還使用了物理中的量子理論。

也許正是因為背後有兩大靠山，所以它是目前為止最強的加密法，就算是量子計算機也很可能無法破解。

量子加密既然是數學和物理結合的產物，那麼我們先說說數學原理的部分。

其實你不會陌生，數學原理就是單次鑰匙簿密碼法。

如果你還記得，這種加密法無法破解的前提是，要求鑰匙完全隨機，而這個要求又是幾乎不可能在現實中應用的。因為本來真正的隨機數就很難獲取，退一萬步說，就算有了真正的隨機數列，傳送鑰匙的環節也沒法保證完全安全。

最保險的方法只能是雙方帶著一堆保鏢，當面交換鑰匙簿，還得保證保鏢里沒有特工。

而量子加密的無法破解，不僅是理論上無法破解，而且實施過程中還能抵禦住絕大部分特工類型的破解。

聽著很完美，只不過設備製造的環節困難極大。

我們先來說，量子加密是怎樣做保密通信的數學過程吧。

第一步：愛麗絲給鮑勃傳送一串光子，其中每一位光信息都用0和1來標注。具體什麼算0，什麼算1，是有兩套測量方法——甲套和乙套。這兩種不同的測量方法，對同一個信號的測量結果是不同的。

第二步：鮑勃收到光信息後開始測量，就測量每個光信息位到底是0還是1。不過鮑勃並不知道愛麗絲那邊說的0或者1，到底是按甲方法測的還是乙方法測的。但沒關系，鮑勃對每個光信號都隨意選用一套方法來測出每個光信號到底是0還是1，就可以了。

所以鮑勃有的時候測出來的結果，肯定是跟愛麗絲發出來的約定相符的，可有的時候測出來的結果又是不符的。不過這都沒關系，測完了再說。

第三步：畢竟鮑勃有一部分是測錯的，所以這時候兩個人必須打一個電話。這個電話完全不用保密，誰想竊聽都可以。

愛麗絲和鮑勃在電話里都說什麼呢？就是針對每個信號，到底使用了哪套測量方法。這通電話里就是按照順位，依次說出測量的方法。第1個信號是用甲方法測的還是乙方法測的，第2個順位用了甲還是乙，第3個順位用了甲方法還是乙方法……所有這些測量方法，由愛麗絲告訴鮑勃。

第四步：鮑勃聽完愛麗絲的這通電話之後，就對照剛剛自己瞎蒙著測的結果，也要回復愛麗絲。回復的具體內容就是，自己哪幾位的測量方法蒙對了。

對鮑勃來說，自己之前測錯的那些不管，把測對的那幾位挑出來，這串數字就可以作為他的鑰匙。

對愛麗絲來說，因為鮑勃告訴了她哪幾位他選對了測量方法，所以愛麗絲也可以把鮑勃選對的那串數字也挑出來。

這個時候兩人挑出來的那串數字是完全相等的，而因為完全相等，所以就可以作為兩人的鑰匙了。它既是鮑勃的鑰匙，也是愛麗絲的鑰匙。

整個過程中，鑰匙並沒有在額外的步驟中單獨傳輸。他們在電話里說一說，自己分別回去數一數，就能得到同樣的鑰匙。

之所以鑰匙一樣，也是數學原理上保證的，咱們不用糾結於數學原理的細節。

既然沒有單獨的鑰匙傳送環節，所以特工就很難下手。

另外，因為鮑勃和愛麗絲都是隨機瞎蒙著選用甲套或乙套這兩種測量方式的，所以兩個人恰巧都用了同一種方法的序列挑出來的東西，也是隨機序列，也就是說鑰匙是完全隨機的。

到這里，鑰匙既不用額外的傳輸，而且本身又是完全隨機的，這下就滿足了單次鑰匙簿加密法，並且改進了傳送鑰匙的薄弱環節。所以，實際操作時可行性就高了很多。

就算中間有伊芙竊聽了他們的那通電話，伊芙也沒法判斷到底哪幾位應該挑出來當鑰匙，因為她不知道鮑勃那邊針對每個光子位測量的結果是什麼。

現在，還有一種竊聽途徑——比如說伊芙知道竊聽電話沒用，那就乾脆直接竊聽光纜上的信息。這樣怎麼辦呢？

這也不用擔心。

首先，光纜上的信息本來就是單次鑰匙簿加密的，就算在使用過程中不遵守隨機的原則，暴露了一些特徵，也不用擔心。因為在量子通信中，還會增加一個確認環節，來判斷光路上有沒有人竊聽。

這是怎麼實現的呢？其實就是我們前面說的物理特性。

因為人對光的測量會改變光原有的量子態，伊芙竊聽光纜，其實就相當於在雙縫干涉實驗時，在兩道縫前又添加了兩個探測器，這時候幕布上明暗條紋就會不見了。

也就是說，愛麗絲和鮑勃只要發現幕布上的圖案變了，就知道有人在竊聽了。只要發現有人竊聽，他們就切換到其他線路上，那條被竊聽的線路就廢掉了。這是量子加密又一個新功能。

在真實的應用下，伊芙竊聽會導致鮑勃收到的信息有錯誤。但怎麼知道有錯呢？

其實他跟愛麗絲打個電話，核對一下解碼出來的原文就可以了。

那你說，核對原文那不就整個都泄密了嗎？不怕的。

只需要隨機從鮑勃收到的消息中，挑選幾個字母核對一下是否一致就可以了。只要有一個不對，就說明這條光纜上有特工竊聽。

核對的量大概占原文的多少呢？有這么一個數字可以參考。

假如從1075個字元里隨意挑出75個，如果這75個都是一樣的話，基本就能保證這條信息是安全的。

為什麼說基本呢？

因為還存在很小很小的概率是它被竊聽了。但因為這75個雙方都是一致的，所以竊聽的概率就大概小於一萬億分之一，所以還是非常可信的。

第一次真實的量子加密系統，是1988年在IBM的實驗室做出來的。

它的甲套乙套測量方法，是使用光的偏振方向來呈現量子態。用上下偏振代表甲套測量方法，用左右偏振代表乙種測量方法。當時兩台計算機只相隔30cm，通信成功了。

理論和實踐同時勝利，之後的改進主要就體現在兩台計算機的通信距離上。

1995年，日內瓦大學可以做到相聚23公里完成量子加密通信。

2012年的時候，咱們國家潘建偉團隊把這個數字推進到了一百公里這個級別。現在這個團隊正在嘗試用空間軌道上的衛星和地面接收站間，實現量子加密信息的傳輸，距離就已經摸到千公里的級別。

只不過實驗中符合條件的光量子態數量實在太少，只有幾個到十幾個數位，遠遠不能承載信息的正文，所以到目前為止，量子加密只適合給鑰匙加密。

如果你要問，量子加密是不是已經在實際使用了？

很有可能是。據說白宮和五角大樓已經安裝了量子通信系統，並且已經投入使用。如果美國可以這樣做，世界其他發達國家，包括中國的那些機要部門，很可能也已經部署了量子加密。

但是在加密解密的技術細節講解上，我們不得不以量子加密的原理，作為這個模塊的結尾了。

因為密碼學這個學科天生和其他學科不同——

我們能從公開渠道獲取的相關信息，一定是這個行業最頂尖的人允許我們看到的。很多技術細節，很多故事今天都還在保密機構中鎖著，需要等上30年後《保密法》約定的期限過了，才能公之於眾。

所以，就在我們談論量子加密和量子計算機時，說不定已經有很多新進展，有很多堅固的密碼已經被破解，很多國家的情報機構正在偷著樂，也有很多做出突出貢獻的人卻註定要被埋沒。

這一切都需要時間和機遇，讓他們今後出現在密碼學的歷史舞台上。

如果你要問量子加密的不可破解，是不是在重復上千年來那些加密解密的故事呢？會不會幾百年之後，技術發展到我們現代人無法理解的地步的時候，量子加密也會被破解呢？

我的答案是——大概率說破解不了。這一天，可能永遠也等不到。

因為如果量子加密能被破解，就說明在量子理論中，出現了一種對量子態測量後還不改變數子態的方法，而這是違反量子力學基本原理的。

量子力學是物理學的基礎理論，雖說只要是理論，就一定有被證偽的那一天，但這種證偽更可能是一種改進。

就像我們先知道地球是個球體，然後才知道赤道方向的直徑比南北極方向的直徑多了120多公里，也就是說它不是完美的圓球，而是一個橢球體，只不過橢得實在太微弱了，肉眼都看不出來。就是這樣一種程度的證偽，而不是某一天突然發現地球是正四面體的那種程度的證偽。

這種黑白顛倒的證偽，在量子力學基礎理論上是永遠不可能發生的。

量子力學的基本理論，是從1905年到今天，被無數實驗拷打、錘煉活下來的。如果量子加密可以破解，就說明目前所有量子力學結論都是錯的。

這種錯的劇烈程度，就好像突然某一天發現地球是正四面體那樣。如果真的是這樣，整個物理學都得重寫。

我相信這一天永遠不會到來

『肆』 量子通信為什麼這么牛

經典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無法與之相提並論。安全性-量子通信絕不會「泄密」，其一體現在量子加密的密鑰是隨機的，即使被竊取者截獲，也無法得到正確的密鑰，因此無法破解信息；其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態的2個粒子，其中一個粒子的量子態發生變化，另外一方的量子態就會隨之立刻變化，並且根據量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會立刻改變數子態，引起其坍塌，因此竊取者由於干擾而得到的信息已經破壞，並非原有信息。高效，被傳輸的未知量子態在被測量之前會處於糾纏態，即同時代表多個狀態，例如一個量子態可以同時表示0和1兩個數字， 7個這樣的量子態就可以同時表示128個狀態或128個數字：0~127。光量子通信的這樣一次傳輸，就相當於經典通信方式的128次。可以想像如果傳輸帶寬是64位或者更高，那麼效率之差將是驚人的大。
量子通信理論上可以超過光速，這是目前人類已知的唯一一項可以超過光速的東西。

『伍』 量子加密原理

量子加密原理是利用量子技術來傳送秘密鑰匙，資料的保密將更為安全。

現在的量子密碼術僅限在地區性的網路上。這項技術的威力在於，任何人只要刺探鑰匙的傳送，都一定會更動到鑰匙。但這也意味著，我們沒辦法借著網路設備將攜有量子鑰匙的訊號放大，然後繼續傳輸到下一個中繼器。光學放大器會破壞量子位元。

量子加密術運用許多先進的技術，其中有些做法仍然停留在實驗室階段，密碼專家希望最終能夠發展出某種形式的量子中繼器，它本質上就是量子電腦的一種基本型式，可以克服距離的限制。

一直發展至今，量子密碼技術已經有了長足的進展。而且未來還會有更多的產品。這種加密的新方法結合了量子力學與資訊理論，成了量子資訊科學的第一個主要商品。未來，從這個領域誕生的終極技術可能是量子電腦，它將具有超強的解碼能力，而要避免密碼遭破解的唯一方法，可能得用上量子密碼技術。

現代的密碼專家所遇到的挑戰是，如何讓發送者與接收者共同擁有一把鑰匙，並保證不會外流。我們通常用一種稱為「公開金鑰加密法」（public-key cryptography）的方法發送「秘密鑰匙」（簡稱密鑰或私鑰），對傳送的訊息加密或解密。這種技術之所以安全，是因為應用了因數分解或其他困難的數學問題。

『陸』 量子通訊的幾個問題

看到沒人說，我來大概回答一下吧
第一題和第二題可以結合在一起回答
距離造成的是衰減，衰減會造成源的亮度被衰減掉，造成通信帶寬的降低，直到能接收的光子數量過低與暗計數相較接近後，量子通信失敗
現在的光纖量子通信最遠距離大約是200公里，自由空間的最遠距離國外是150公里，國內是100公里，但是現在的方案大致是城際通過衛星平台做中轉，城內用光纖的網路
你所說的瞬間完成，應該指的糾纏，糾纏的光子對的相關性是瞬間完成的，但是累積這樣的光子對需要時間（源亮度和信道衰減）
每次量子通信都是在兩者之間建立絕對安全的通信，如果要建立給第三方，那就是兩次兩兩的量子通信
「資料上說A端到B端，A端改變後，B端也發生改變」，這是糾纏光子對的特性，「但B端不能讓A端改變，」這個我不理解，糾纏是對其中之間進行測量形成塌縮後，導致糾纏對也發生塌縮

量子通信只是兩兩間的安全通信，如果通信轉接過多，安全性是隨著每個點的安全性下降的
由於量子通信的需求很高，尤其是隱形態傳輸，現有通常認為量子通信只是作為經典通信的輔助和提升，其需要的設備需求並不適合個人使用，設備價格不菲，且維護費用也很高，如果只是對於信道來說反而需求和普通光通信差別不大，如果技術發展到個人應用階段或者真有需要有能力購買和維護，運營商通過出售和維護終端收費即可

『柒』 量子通信，能被破解嗎真的是絕對的安全嗎

通信二字加上了量子是不是會變得很厲害呢？

我們先來看一下量子通信的概念

量子通信是利用量子疊加態和糾纏效應進行信息傳遞的新型通信方式，基於量子力學中的不確定性、測量坍縮和不可克隆三大原理提供了無法被竊聽和計算破解的絕對安全性保證，主要分為量子隱形傳態和量子密鑰分發兩種。

量子通信的安全性

量子通信從原理上是有絕對的安全性的，這個主要是有量子不可克隆原理和海森堡不確定性關系整兩個理論所保證的，簡單點說可以這樣理解。我們前提說的是量子保密通信，而不是直觀理解上的通過量子傳輸信息的通信。如A和B在通信地時候通過不同態的量子生成密鑰，如果你想從中竊取，一定會對其中的密鑰的量子態進行測量，當你測量的時候一定會改變這個量子態，使得接收端可以發現，從而丟棄這個量子。。。所以你無法破譯是因為你根本從原理上拿不到密鑰。但是這些都是原理上的，在顯示情形中很少有人對量子通信進行攻擊。

『捌』 量子加密通信的安全性將會更高嗎

據報道，日前有專家表示，傳統加密技術使用密鑰：發送方使用一個密鑰對信息進行編碼，接收方使用另一個密鑰對信息進行解碼，但這樣的密鑰有可能被泄露，從而不可避免地遭到竊聽，而量子加密通信：安全性更高。

量子通信還可能應用於虛擬貨幣防偽和量子指紋鑒定等等。未來，量子網路將連接分布式量子感測器，用於全球的地震監測。而在5年—10年內，有望開發出可靠的光子源及相關技術，實現遠距離量子信息傳輸，並推動量子處理器之間數據共享協議的相關理論研究。

希望量子通信可以快速發展並應用到生活中！