电工之家_电工基础知识学习网站
当前位置:电工之家 > 通信技术 > 正文

量子加密通讯技术是如何实施的

时间:2021-07-03 12:10 来源:未知

由于关于绝对保密之量子加密通讯,好像目前争论很大,尚无权威官方给出明确定论。但就此我试着以我个人的理解和语言,来描述一下量子加密通讯技术是如何实施的。

简单来说量子力学中微观粒子具有波粒二象性,根据海森堡不确定性原理表明,粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性与动量的不确定性遵守一定不等式关系。若我们将加密密钥以量子密钥形式组合,在传输过程中,任何的物理观测都会引起量子坍塌,改变其量子态,因而,密钥也发生变化,得之无用。
以光子为例,光子是一个典型的量子,光子具有偏振特性,利用光学偏振片可改变其偏振态。发射量子密钥可将采用一种十字交叉的滤镜,而滤镜设置可分成两种类型的摆放角度,即+型滤镜和×型滤镜,+型滤镜就是可以原样让竖的或者横的方向上的偏振光子穿过,而当光子是斜的偏振方向时,光子则有时也能穿过这种+型滤镜,有时则不能穿过去,而能穿过的光子表现出的偏振方向根据偏振角度不同,会有时表现为横的,还有时是竖的,总之就变得不确定甚至就被滤掉了。同理,对于×型滤镜来说,它相当于是将+型滤镜旋转了45°角,它是能让倾斜偏振状态的光子轻易原样穿过,倾斜角度可以是左斜(-45°)或者右斜(+45°),那么当横或竖的光子穿过这个×型滤镜后,也是你无法确定它会变成左斜或者右斜,或者是穿不过去。这样我们就至少有了两种测量滤镜设置模式,而最终我们探测到的不论是怎样偏振方向的光子,在横竖类中我们可规定:横为0,竖为1,而斜方向类中我们可规定:左斜为0,右斜为1,也就是经过滤镜之后,我们就是不论最终偏振方向为竖或横或左斜或右斜,总之我们都可以用0和1来表示,或者是没探测到的空。而且,从技术上可以将这个滤镜设置摆放角度可以随机在这两种摆放角度间进行切换,也就是在应用中,每一组对光子的测量,就滤镜摆放角度而言可以形成一个随机的序列,以最大限度提供密钥的随机性也就是增加了破解难度。

以单向发射探测光子为例,假设有一个光子发送方a,另有一个光子接受方b,首先a先用自己随机产生的滤镜模式序列测量自己光子发生器所发出的光子序列,光子被逐个由+或×组成的偏振序列测量并立刻随机地坍缩(量子被检测即坍缩)最终确定为某种偏振形式,a所测出结果为0与1或空的一组数字序列,其中所夹杂的空。然后将该光子序列送达准备接收方b,b又按他自己随机产生的偏振模式序列也可测得一组间或为空的由0和1组成的数字序列。然后b把他的测量滤镜设置序列告知a,该滤镜设置序列其实都无所谓保密不保密,公开发布也没问题,a此时也把其随机生成的滤镜设置序列同样可以公开地告知b,双方将这两组序列按照序号依次对照,两组偏振+或×序列应该有约50%是相同的,经对比这些相同偏振滤镜设置所测得的数据两个人应该是保证相同的,要么都为0,要么都为1,而那些光子测量所采用滤镜设置不相同的,则就弃之不用。总之最后双方就只挑出哪些双方相同滤镜设置角度的相应测量序号保留,此过程叫做协商,可以公开进行,让第三方帮校核也都是可以的,确定好这串数字后,a和b双方就各自回去查相应序号上自己所测的究竟是0还是1,那么双方就都在自家暗自各形成了一组0或1组成的保密序列。而这组0和1组成的数字a和b双方将一模一样,而这个,就是通过物理光子偏振所形成的量子密钥了。双方通过这个密钥就可以加密解密文件相互通讯了,而加密好的文件用常规的互联网或光纤或卫星通讯等方式发出给对方,经加密的文件传输也不怕被他人窃取,他人没有密钥无法破解文件。

当然,正真的量子密钥要操作比此要复杂多,期间会加入各种量子技术以达到最大保密性。但其原理原理原型还是不会变的。

上一篇:什么是千兆交换机端口速率与包转发率
下一篇:没有了
看过《量子加密通讯技术是如何实施的》的人还看了以下文章
数字光接收机量子极限含义 数字光接收机量子极限含义
数字光接收机量子极限含义 光接收机可能达到的最高灵敏度,这个极限值是由量子噪声决定的,所以称为量子极限。...
光电检测器PIN和APD性能好坏的技术指标 光电检测器PIN和APD性能好坏的技术指标
1.响应度R0和量子效率 响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的一种物理量. 响应度Ro定义为 式中,IP光电检测器的平均输出电流; P0光电检测器的平均输入功率, 量子效率定义为 从物理概念可知: 光生电子-空穴对= (e为电子电荷量) 入射光子数=...