量子通讯卫星厉害么_量子通信_2017量子通讯卫星

我不是搞量子通信的，不过本学期的物理实验做过量子通信的内容，稍微发一些吧。现在商用的量子通信也就是这个原理。

BB84 协议是 Charles H. Bennett 与 Gilles Brassard 1984 年提出的描述 如何利用光子的偏振态来传输信息的量子密钥分发协议:发送方 Alice 和接收方 Bob 用量子信道(如果光子作为量子态载体,对应的量子信道就是传输光子的光 纤)来传输量子态;同时双方通过一条公共经典信道(比如因特网)比较测量基矢 和其他信息交流,进而两边同时安全地获得和共享一份相同的密钥。

BB84 协议基本条件首先是拥有一个量子信号源,并可以随机地调制产生两套 基矢总共四种不同的量子态信号;其次,调制后的量子信号可以通过一个量子信 道如光纤或者自由空间来进行传输;再次,接受到的量子信号可以被有效地测量, 其中测量所用的基矢也是随机选择的,同时需要一个辅助的经典公共信道可以传 输经典的基矢对比等信息。另外该经典公共信道要求是认证过的,任何者虽然可以通过获知这些经典信息但是不允许改变信息。在上述条件下,即可在 通信双方之间建立起安全密钥,通信双方此时利用一次一密加密体制加密并传送 密文,完成安全通信。

下面将以具体量子态为例,对协议的过程进行更详细地描述,由于理论上公 共信道的安全性不需考虑,BB84 协议在设计时已考虑到了两种信道都被第三方 (Eavesdropper 通常称为 Eve)的可能。具体过程是:首先 Alice 随机产生一 个比特(0 或 1)并且随机选取一对正交态(基矢)"+"或"×",从而制备出一个随 机的量子态(0 度水平偏振记作|→>,90 度垂直偏振记作|↑>,+45 度偏振记作 |↗>,和-45 度偏振记作|↘>)。然后 Alice 把这个光子通过量子信道传送给 Bob,Bob 紧接着测量接收到的光 子的量子态。然而 Bob 并不知道 Alice 制备量子态时选择了哪个基矢,只得随机 的选择一个测量基矢("+"或"×")来测量。Bob 测量他接收到的每个光子并记录所选的基和测量结果。同时通过公共经典信道同 Alice 进行交互:Alice 公布制备每个光子量子态所选择的基矢,Bob 将测量对应光子所选择的测量基矢与之 对比,舍弃那些双方选择了不同的基矢的比特(50%),剩下的比特还原保留为他们共有的密钥,从而完成密钥分发。

BB84 协议是如何保证安全的呢?

如果者 Eve 选择基矢"+"来测量|↑>,会以 100%的概率得到|↑>,但是选择基"+"来测量|↗>或|↘>态光子,结果就是随机的,会以 50%的概率得到| →>,或以 50%的概率得到|↑>。于是即便当 Eve 选择和 Alice 同样的基矢"+", 也无法彻底分辨原本状态是|↑>还是|↗>或|↘> (非正交态无法通过测量被彻 底分辨),即原始状态的信息丢失了。的目的是获得信息而不是密钥,因此 Eve 还必须保证不能被 Bob 发现。然而 Eve 为了获得光子偏振信息而作了测量, 就不可能再完全克隆出原截获的光子!Eve 的介入必然会额外的较大错误率,因 此 Alice 和 Bob 最后可以拿出他们密钥的一部分,然后相互对比来检查是否有第 三方 Eve 。量子通讯卫星厉害么一旦发现 Eve,则将丢弃这次分发的密钥,重新选择别的量子信道 进行密钥分发。选择基"+"来测量|↗>或|↘>态光子,结果就是随机的,会以 50%的概率得到| →>,或以 50%的概率得到|↑>。于是即便当 Eve 选择和 Alice 同样的基矢"+", 也无法彻底分辨原本状态是|↑>还是|↗>或|↘> (非正交态无法通过测量被彻 底分辨),即原始状态的信息丢失了。的目的是获得信息而不是密钥,因此 Eve 还必须保证不能被 Bob 发现。然而 Eve 为了获得光子偏振信息而作了测量, 就不可能再完全克隆出原截获的光子!Eve 的介入必然会额外的较大错误率,因 此 Alice 和 Bob 最后可以拿出他们密钥的一部分,然后相互对比来检查是否有第 三方 Eve 。一旦发现 Eve,则将丢弃这次分发的密钥,重新选择别的量子信道 进行密钥分发。量子通讯卫星厉害么

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