撰文 | 徐晓(华南理工大学物理与光电学院)
张三和李四讲个体己话, 王麻子要偷听 。 搞量子通信的量子派就对张三、李四说:“放心, 王麻子偷听不了, 我有量子通信保密咧!王麻子一偷听, 你们就晓得了 。 ”以前就搞通信的经典派就瘪瘪嘴, 说:“这问题俺们早就解决了, 让王麻子偷听也听不清, 而且俺们的方法还便宜 。 ”说着说着, 两派就争起来了 。
《量子通讯争议, 都在争些什么?》一文, 给我们讲了上面的故事, 让我们吃瓜群众知道了两派争吵的原因:他们并没有就量子通信的科学原理的正确性进行争论, 而是就其工程实用意义和成本问题进行争论 。 这个总结, 是符合行内的争论事实的 。
但是, 说到争论本身, 我觉得文章没有交待清楚 。
文章中说, 经典派攻击量子派是“通信双方老老实实待在固定位置”“物理系统脆弱”, 似乎把问题都说了 。 但是这话到底啥意思呢?老老实实待在固定位置有啥不好呢?物理系统怎么就脆弱了呢?通信系统不都是物理系统吗?听起来好像经典派有点吹毛求疵 。
所以我就从通信技术发展的基本情形出发, 来“八卦”一下经典派的质疑是什么 。
量子通信通什么?
要理解两派的争论, 先得明白量子通信到底做什么事 。
量子通信虽然叫“通信”, 但并不是我们所理解的双方拿起电话说声“你好”的意思, 而是双方为了进行保密通信而做的准备活动 。
什么活动?密钥的产生和分发 。
密钥是用来加密通信信号的一串密码 。 有了这个密码, 我们就可以用一个程序, 结合密码, 把发送的通信内容加密, 或把接收的内容解密 。 因此, 这个密码就像是把箱子的钥匙, 就叫密钥 。
好的密钥, 应该是别人想半天、搞半天也仿不出来的 。 而且, 就是好的密钥, 过段时间, 也得赶快换掉, 以免时间太长被人琢磨出来或者偷了 。
密钥生成后, 还得赶快送到使用者手里, 免得中途有王麻子来偷 。
量子派夸耀的是他的生成和分发技术:密钥高级难仿;生成和分发是在量子信息通道里立刻完成, 所以密钥想什么时候换, 就什么时候换;而如果王麻子要在量子信息通道里去偷听, 立刻就会被识破 。
【量子通信争议,经典派到底争了些啥?】经典派的质疑
经典派针对量子派的夸耀, 进行了两点反驳:一个是分发方式太贵, 没法商用;一个是王麻子根本就不偷听, 直接让你传不成信息就好了 。
那么经典派如何质疑的?我们来详细分解一下 。
网络
两个人之间要通话, 一根电话线就够了;三个人彼此间要通话, 如果还是采用两个人之间拉线的方式, 就要3根线 。 N个人呢?那要N(N-1)/2根线 。 因此, 100个人, 要4950根;1000个人, 就是499500根......这样拉线, 不是个办法 。 就算再有钱, 也不是这么花 。
现代通信的办法, 是建个通信网 。 每个人都把自己的电话线接进网 。 而网里有一些电话线, 可以临时接给要通信的双方 。 通信完, 双方都断掉跟这个网里的电话线的连接 。 网里这些线就可以给别人用了 。 比如, 我们为100个人建一个通信网, 有50根电话线在网里, 那么同时所有的人都可以捉对厮杀——不, 是“说体己话”了 。 加上每个人连入通信网所需的那1根线, 我们总共只不过用了150根线就齐活了 。 成本大幅度降低 。
现代通信技术的发展, 就是利用网络化的方式, 尽量共用信道, 所以通信越来越便宜 。 ——要不是通信便宜, 你会时不时在微信群里聊个天, 消磨时光么?
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