量子通讯争议:量子派和经典派谁会笑到最后?


量子通讯争议:量子派和经典派谁会笑到最后?



撰文 |姬扬(中国科学院半导体研究所研究员)
量子通讯争议的双方是经典派和量子派 , 他们对保密通讯有两种不同的看法:经典派采用的是数学方法 , 赌的是你随便听、反正你解不了密;量子派采用物理方法 , 赌的是只要你偷听、我就能知道 。 最近几年 , 量子派在学术界的风头很劲 , 而经典派只能在网上搞些争议 。
上次我在《量子保密通讯 , 经典派陷入的N个误区》中提到 , 量子通讯争议中 , 经典派在战略上太托大(没有重量级的人物站台) , 在战术上太自大(对量子密钥传输的技术细节研究不够透彻 , 与量子物理学的理论基础相悖) , 所以在辩论中落在下风、搞得灰头土脸的 。
那么大家就要问了:照你这么说 , 量子派完胜!还争议啥?散了散了 , 都回家吃瓜算了 。 然而 , 事情并没有这么简单 。
量子派的罩门在哪里?
成也萧何 , 败也萧何 。
天底下没有完美无缺的事情 , 有一利必有一弊 , 量子通讯也不例外 , 量子派同样是既有优点 , 也有缺点 。 在我看来 , 量子派一大优点是宣传搞得好 , 而最大的缺点是宣传搞得太好了 。
量子派的优势
首先 , 量子通讯的宣传确实搞得好 , 这为量子通讯成为一个热门社会话题立下了大功 。
贝尔不等式把量子力学的争论从哲学思辨领域带入了实验验证领域 , BB84协议第一次给出了一种理论上的方法检验是否有人在偷听 , 这些都是了不起的理论贡献 , 其具体实现也是伟大的实验进展 。 然而 , 自从在实验室验证了BB84协议 , 之后的发展都是直截了当的:试用不同的单光子源 , 或者换用纠缠光子源;提高单光子源或纠缠光子源的效率;用单光子干涉态替换偏振态;试用不同的单光子探测器并提高其效率;改用新的通讯协议(如诱骗态协议);延长量子通讯的距离 。 但这些主要是工程方面的进展 , 以延长通讯距离为例 , 如果张三和李四能够在一个屋子里实现量子通讯 , 那么他们搬到马路对面的两个屋子里 , 在一个城市的两端 , 两个不同的城市 , 甚至一个在天一个在地 , 张三和李四采用的设备都不用变化 , 需要考虑的问题只是光信号的损耗——光纤通讯中光纤的吸收或者自由空间通讯中光的衍射和空气的吸收 。 其中确实有很多非常有挑战性的工程问题 , 但都难以算是科学问题 , 不知道为什么会那么引人注目 。
再看看关于量子通讯“漏洞”的讨论 。 量子通讯领域讨论的攻击 , 都是极限状态下的攻击 , 给王麻子的权限非常高 , 只要不违反自然规律 , 都可以使用——有时甚至赋予他一些超自然的力量 。 例如之前说过的“探测器致盲攻击”和“注入攻击” , 王麻子发出一束很强的光照进张三或者李四的工作室里 , 可是张三和李四愣是“装作没看见” , 煞有介事地讨论王麻子造成的“漏洞”问题 。 再如“光子数分离”(PNS)攻击 , 王麻子不但拥有神奇的“剥皮”功能(从同时过路的几个光子中“扣下”一个或几个 , 还能让剩下的几个毫发无损地“走人”)和强大的量子存储能力(长时间的把光子保存下来 , 因为必须等到张三和李四用大喇叭喊话以后才能进行测量) , 还要具有逆天的无损耗传输光子的能力(否则王麻子扣下一个光子 , 李四在那边数数就会发现自己经常性地丢失光子——肯定是有人捣乱了) , 这种通敌行径简直是“令人发指” 。 量子派唯一的底线是承认 , 完全的中间人攻击是无法抵抗的 , 但这相当于说王麻子切断张三和李四之间所有的通讯途径(不管是量子的还是经典的 , 不管是喊大喇叭 , 还是递小纸条) , 这完全是予取予求的架势 , 根本不是势均力敌的对抗 。

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