要了解到底什么是“量子通信”
讓我們從三個(gè)問(wèn)題開(kāi)始著手：
“量子通信”是干啥的?
為啥?
咋弄的?
“量子通信”是干啥的?
用最通俗的方式解釋就是
“加密”和“傳輸”
用專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫“量子密鑰分配”和“量子態(tài)傳輸”
先說(shuō)加密
為啥要加密?咋加密?
加啥蜜?好吃不?
因?yàn)槲覀儌鬏數(shù)男畔⒃诮橘|(zhì)中傳播時(shí)很容易被第三方竊取，所以我們要在發(fā)送的內(nèi)容中加入密碼，使得竊取者無(wú)法破譯內(nèi)容。接受者提前知道密碼的破解方法。而竊取者無(wú)法破譯內(nèi)容。
舉一個(gè)過(guò)時(shí)的例子，
比如二戰(zhàn)時(shí)德國(guó)軍方使用的
“恩尼格碼”機(jī)
恩尼格碼機(jī)內(nèi)置了多個(gè)轉(zhuǎn)子，每個(gè)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)不同的26個(gè)字母，也就是說(shuō)，只要發(fā)送者敲下一個(gè)字母就會(huì)出現(xiàn)26的N次方種可能，而其中規(guī)律只有德國(guó)軍方自己才知道，如果盟軍截獲了信息，靠人工推演，可能要花費(fèi)上萬(wàn)年才能破譯。
以前的加密方法已經(jīng)這么安全，
那還要量子通信加密有什么用?
可是隨著人工智能的出現(xiàn)以及發(fā)展，
傳統(tǒng)的數(shù)字迭代式的加密方法(經(jīng)典密碼)會(huì)被計(jì)算機(jī)分分鐘破譯
偉大的阿蘭圖靈，將人工智能的概念用于密碼破譯，成功破解了“恩尼格碼”，提前結(jié)束了二戰(zhàn)，更為世人留下了寶貴的遺產(chǎn)——計(jì)算機(jī)
密碼分分鐘被破，怎么辦?
香農(nóng)，這位某種意義上說(shuō)偉大程度已經(jīng)不亞于甚至超過(guò)他的遠(yuǎn)方親戚愛(ài)迪生的偉大科學(xué)家，提出一個(gè)解決辦法：
一次一密
簡(jiǎn)單說(shuō)就是每一次發(fā)送信息都采用新的密鑰
每次都用新的密鑰，豈不是接受者也蒙圈?那么發(fā)送者就需要每次都把新的密鑰發(fā)送給接受者。
恩，穩(wěn)妥
這時(shí)候問(wèn)題來(lái)了，密鑰在傳輸?shù)臅r(shí)候會(huì)被竊取啊!
我是一個(gè)小插曲
如果有人竊取我的信息，難道我發(fā)現(xiàn)不了嗎?
對(duì)，發(fā)現(xiàn)不了
我們都知道現(xiàn)在通信系統(tǒng)傳輸?shù)慕橘|(zhì)無(wú)非是光纖。
舉一個(gè)例子
S給B發(fā)送了一個(gè)名為m的密鑰，但是中間被A竊取，A拿到密鑰后又復(fù)制了一份繼續(xù)發(fā)送給B，B此時(shí)無(wú)法得知密鑰已經(jīng)被人竊取!但是A已經(jīng)可以在神不知鬼不覺(jué)的情況下進(jìn)行對(duì)信息的解密。
插完了
所以能否發(fā)現(xiàn)竊聽(tīng)者成了解決通信加密的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
為了解決這個(gè)問(wèn)題“量子通信”終于可以閃亮登場(chǎng)了!
隨即出現(xiàn)了開(kāi)篇時(shí)的第二個(gè)問(wèn)題：
為啥?
為啥量子通信可以幫助我們發(fā)現(xiàn)竊聽(tīng)者?
首先讓我們回憶一下剛才S和B之間通信被竊聽(tīng)時(shí)的情況
我們看到，當(dāng)A竊取密鑰時(shí)，首先要對(duì)密鑰進(jìn)行截取，然后復(fù)制，我們稱這個(gè)過(guò)程為測(cè)量、復(fù)制，那么有沒(méi)有一種東東是一旦被測(cè)量我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)呢?
有!
不但有，而且有人對(duì)這一特性設(shè)計(jì)了一個(gè)理想模型，這個(gè)人就是——薛定諤
這個(gè)理想模型就是“薛定諤的貓”
這只可能是世界上最慘的貓被關(guān)在一個(gè)封閉的鐵箱子里，鐵箱子里有一個(gè)裝著放射性元素的儀器，同時(shí)這個(gè)儀器連接著一個(gè)錘子，一旦放射性元素發(fā)生衰變，釋放出α元素，錘子就會(huì)落下，擊碎一個(gè)裝滿氰化物的毒氣瓶，毒氣釋放，貓咪必死無(wú)疑。
放射性元素早晚都會(huì)衰變，我們都知道放射性元素有半衰期，但具體什么時(shí)間衰變沒(méi)有人知道，也就是說(shuō)沒(méi)有人知道這只貓什么時(shí)候死，什么時(shí)候活，除非打開(kāi)箱子看，也就是說(shuō)只要不打開(kāi)箱子，這只貓就處在一種既活著又死了的狀態(tài)，半死不活!
我們把貓咪的這種狀態(tài)叫做：
“量子疊加態(tài)”
也就是既“活”又“死”的疊加態(tài)
那我打開(kāi)還不行么?小咪咪好可憐
如果打開(kāi)箱子對(duì)貓的死活進(jìn)行驗(yàn)證，也就是進(jìn)行測(cè)量，那么貓的那種“量子疊加態(tài)”，既活又死、半死不活的狀態(tài)就會(huì)轟然坍塌，因?yàn)橐坏┠愦蜷_(kāi)盒子得到的結(jié)果要么是“活”，要么是“死”，未知的生死的疊加態(tài)將難以還原復(fù)制
這種現(xiàn)象叫“波函數(shù)塌縮”
我們一旦對(duì)薛定諤的貓進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)改變實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臓顟B(tài)，波函數(shù)就會(huì)塌縮，這不正是我們想要的特性么?
——只要測(cè)量就會(huì)被發(fā)現(xiàn)
那什么東西才滿足這樣的特性呢?
我不能拿貓去做通信媒介吧?
答案不言而喻，那就是“量子”
不甚嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹v，所謂“量子”者，“小丟丟”也
我們把原子、中子、質(zhì)子、電子、光子這些個(gè)微觀粒子都可以統(tǒng)稱為“量子”
第三個(gè)問(wèn)題
咋弄的?
為啥量子就有這個(gè)特性?
怎么利用的這個(gè)特性呢?
還加密了你咋不上天呢?
打個(gè)比方，我們把量子看成在做高速震動(dòng)的球，因?yàn)檫@個(gè)球很小，震動(dòng)的速度又很快，所以我們無(wú)法知道這個(gè)球某個(gè)時(shí)刻點(diǎn)在具體的什么位置(測(cè)不準(zhǔn)原理)，但是，我們可以知道這個(gè)球震動(dòng)的方向和規(guī)律，也就是量子偏振的向量
大概就是這個(gè)樣子，量子震動(dòng)的方向有垂直、水平、逆時(shí)針45度、順時(shí)針45度，四種情況。
那么在測(cè)量這四種情況的時(shí)候我們就可以利用互相垂直的測(cè)量基，你可以簡(jiǎn)單的把它理解成互相垂直的通道，長(zhǎng)下面這個(gè)樣子
大家可以試想一下，上下垂直震動(dòng)的球球可以順利的通過(guò)十字的測(cè)量基，斜45度垂直震動(dòng)的球球都可以通過(guò)×狀的測(cè)量基。那不就達(dá)到測(cè)量的目的了嗎?
等一下!
那如果↑↓震動(dòng)的球球通過(guò)X狀的測(cè)量基會(huì)發(fā)生什么情況?
答案是：測(cè)量會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)改變，也就是量子偏振方向會(huì)發(fā)生改變
舉一個(gè)不恰當(dāng)?shù)浅Ｉ鷦?dòng)的例子
這個(gè)人擺了一個(gè)十字造型，但是他要通過(guò)下面這個(gè)形狀的門
沒(méi)辦法，他只好把身體的造型改成：
也就是說(shuō)：
這個(gè)人就是具有偏振的量子，而這個(gè)大字門就是測(cè)量基。
那么再看量子的測(cè)量
如果一個(gè)↑的量子通過(guò)X形狀的測(cè)量基，那么↑的狀態(tài)就會(huì)被改編為50%↗
和50%↘
也就是說(shuō)一旦發(fā)生錯(cuò)誤的測(cè)量，那么量子的狀態(tài)就會(huì)被改變!
此時(shí)如果出現(xiàn)竊聽(tīng)者，竊聽(tīng)者不可能百分之百用對(duì)的測(cè)量基對(duì)量子進(jìn)行測(cè)量，那么只要用到錯(cuò)誤的測(cè)量基，那么量子的偏振態(tài)就會(huì)發(fā)生改變!
也就是說(shuō)只要有竊聽(tīng)者想偷取密鑰，那么他必須先對(duì)量子進(jìn)行測(cè)量讀取，一旦他對(duì)量子進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)對(duì)量子的狀態(tài)進(jìn)行改變(這就是我們之前說(shuō)到的波函數(shù)塌縮)，那么量子的狀態(tài)一旦改變，接受者就會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)竊聽(tīng)者的存在，從而進(jìn)行應(yīng)對(duì)。保障信息的絕對(duì)安全!!
我們的問(wèn)題終于解決啦!
小小總結(jié)一下
量子通信干啥的
答：加密和傳輸
為啥要用量子通信加密?
答：因?yàn)閭鬏斆荑€時(shí)可能會(huì)被竊聽(tīng)，而竊聽(tīng)者又無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。
那量子通信為啥就能發(fā)現(xiàn)竊聽(tīng)者
答：因?yàn)榱孔右坏┍粶y(cè)量，狀態(tài)就會(huì)改變(試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱Χㄖ@的貓)，竊聽(tīng)者就會(huì)被發(fā)現(xiàn)
等等，不是說(shuō)量子通信還可以傳輸嗎?(量子態(tài)傳輸)
欲知后事如何，且聽(tīng)下回分解......