信息安全专题之量子通信:量子信息的前世今生

量子计算机突破经典信息技术的瓶颈

量子计算机可以突破经典信息技术的瓶颈。1982 年理论物理学家R.费因曼指出,用经典计算机不能有效地模拟量子体系。1985 年D.多依迟进一步阐述了量子计算机的概念,指出经典计算机不能通过有限次操作精确模拟量子体系,而基于量子比特的量子计算机则能做到。根据量子物理原理提供的一种全新方式对信息进行编码、存储、传输和逻辑操作, 并对光子、原子等微观粒子进行精确操纵,以确保通信安全和提升计算速度等方面可以突破经典信息技术的瓶颈。2011 年,全球首台商用量子计算机D-Wave 1 诞生。它采用了128 个超导量子比特组成的量子处理器。目前商用的D-Wave 2X?号称是世界上目前最强的量子计算机。2015 年谷歌、美国宇航局(NASA)和美国大学太空研究协会已经与量子计算机开发商D-Wave 签订为期7 年的商业协议,以获得后者开发的最新量子处理器。

量子算法超越传统算法

量子计算被看做下一代计算机的发展方向。研究活跃的子领域主要包含量子算法,量子计算模型和量子计算的物理实现等。量子算法基于量子计算的特性提出,最初的量子算法针对如何模拟量子系统提出。通过进一步的研究发现,在经典问题上,量子算法同样远远超越传统算法,典型的有Deutsch-Jozsa 算法,Shor 因子分解算法和Grover 量子搜索算法等等。基于量子算法的优越性,人们提出了一系列新颖的信息和信号处理算法,如量子遗传算法、量子群智能优化算法、量子神经网络等。

量子通信以特定的量子通信协议为核心

完整的量子通信系统实现以通信编码理论为基础,以特定的量子通信协议为核心,通过实现量子信号的产生、调制和探测等关键技术,最终能实现信息的传送。随着通信网络理论的发展以及量子中继技术的突破, 量子通信网络将有望从局域网走向更大规模的广域网络,乃至全球规模。基于量子态的特殊性质,人们设计了多种量子通信协议,用以完成不同的通信任务。主流的量子通信协议一般可分为量子隐态传输,量子密集编码以及量子保密通信三类。在量子保密通信类协议中,细分为量子密钥分发、量子秘密共享、量子安全直接通信等协议。其中量子密钥分发(QKD)最为成熟。

风险提示

1、量子通信产业化应用低于预期2、量子技术遭遇瓶颈