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聊聊‘量子通信’的严肃质疑 精选

已有 30572 次阅读 2016-9-18 00:22 |系统分类:观点评述

最近流行讨论,个人认为讨论是一件好事,至少比起前两年关于课题研究的‘宫斗戏’来说,是一种进步。随着‘量子卫星’和‘天宫二号’的发射,关于量子通信的讨论进行的很热烈。一些教授学者们,以自己能够在茶余饭后讨论讨论这个问题,感到高兴的。我个人是不反对这种讲相声似的讨论的,毕竟人生的部分精华就是瞎扯,而认真严肃的思考问题,是这些精华之下的人生糟粕。然而,事实上,也只有少部分能够忍受这些人生糟粕的人,最终成就了其伟大。

这里我想和朋友们聊聊‘量子通信’,以及与之相关的严肃质疑。为了更好的限定的聊天的范畴,对量子通信做一个简单的描述:

(1)量子通信类比经典通信,是一种在用户之间传信的方式方法,传信的内容可以是量子信息(量子态)本身(态分发、态传递)、经典通信使用的密钥信息(量子密钥分发)和经典信息(量子密集编码、量子直接通信);

(2)区别于经典通信,量子通信是指在传信过程中使用到量子资源(量子资源是指提供该资源的物理系统服从量子力学规律),主要的量子资源包括,量子纠缠、量子测量和单量子态等;

(3)量子通信可以通过不同的协议进行,不同的协议可能完成不同的通信功能,主要的通信协议有,BB84协议、B92协议、E91协议、六人协议(量子隐形传态协议)、量子密集编码协议、量子直接通信协议、......。

近期我国发射的‘量子卫星’和‘天宫二号’都有涉及量子通信的内容。具体的,量子卫星主要载荷了一台产生纠缠光子对的纠缠光源;天宫二号承载的科学实验设备中,载荷了一个与‘单光子’-密钥相关的实验设备。从观察来看,对于‘量子卫星’的发射,争论的话题很多,而‘天宫二号’的相关争论话题,没怎么见到。这不仅让人对争论者的眼界打一些折扣,既然要讨论,就不应该带着有色眼镜来看待问题,换个名就不关注了,这不好。

我们对科学(包括科学问题、科技项目和科技活动)的质疑是我们(甚至整个人类社会)应该大力倡导的。事实上,我们社会对科学的质疑不是多了,而是少了。近期,类似是否修建大型对撞机的讨论,是一个很精彩的例子。当然,这个例子精彩的原因,不在于参与讨论的人的地位和德行,而在于他们对于问题的严肃性和规范性,同时也有他们看待问题的开放性(开明性)。

相反,在‘量子通信’这个话题的争论中,对于问题讨论的严肃性、规范性和开放性没有得到很好的体现。在讨论的过程中,有时是雨石俱下,言论中有政治性的语言、有讨论学术问题的语言、有评论首席科学家个人的学术贡献(甚至私德)的语言。当然,这些言论读起来或许是过瘾的,就像我有很多朋友很喜欢听相声,因为热闹也罢,因为有肉也罢,相声对科学技术发展的直接贡献还是有限的。

那么问题就来了,人们有过对量子通信的严肃质疑吗?这个问题的答案是肯定的。下面就量子通信中分支之一,量子密钥分发(BB84协议),遭受的部分严肃质疑进行讨论。具体地,对于量子密钥分发的严肃质疑主要集中在其安全性问题方面。质疑者通过分析实际物理系统与BB84协议的理想器件间的不一致,进而对该密钥分发系统进行攻击。目前,最为成功的两个攻击方案分别利用‘单光子源’和单光子探测器的物理缺陷进行攻击,在这些严肃质疑基础上,人们发展了更为安全的量子密钥分发方案,诱骗态协议和(诱骗态-)测量器件无关协议。

在现有的量子密钥分发技术中,(诱骗态-)测量器件无关协议,是否还存在基于具体物理器件缺陷的漏洞(及其弥补方案)?是否能够实现接近工程应用的器件无关量子密钥分发系统?......?这些问题都值得我们进行严肃的质疑和思考的。在‘量子通信’的质疑过程中,希望参与人员们能够少谈一些人生精华,多遭遇一些人生糟粕,这对于发展量子通信,乃至量子信息技术都是大有益处的。

最后,引用费因曼先生的一些话,作为本文的结束:“Let's hide away and do some physics.”(参见:http://www.stephenwolfram.com/publications/short-talk-about-richard-feynman/);“Shut up and Calculate(maybe not from Feynman)” (参见:http://www.gnm.cl/emenendez/uploads/Cursos/callate-y-calcula.pdf)



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