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方舟子再怼“量子之父”,到底在争什么?

http://www.c114.com.cn ( 2019/3/28 09:17 )

最近几年,我国在量子通信领域取得了一些重要进展,但也出现了一些争议,近期有自媒体文章宣称,“现有量子加密技术可能隐藏着极为重大的缺陷”,该文被迅速传播,让量子通信安全保密的可靠性问题成为话题焦点。

这个新闻也让方舟子将炮火再次对准了潘建伟,称潘建伟的量子通信牛皮吹破,“把仅仅是理论上的可能性吹嘘成已经实现的技术”。为什么潘建伟的量子通信研究会被方舟子质疑?量子通信真的是伪科学?

量子通信波澜再起

3月初,DeepTech深科技一篇题为“量子加密惊现破绽”文章出现后,引发了量子通信行业内外的激烈讨论。

经证实该文源于美国《麻省理工科技评论》一篇报道,该报道援引了上海交大某研究组的一篇尚未正式发表的内容。

文中称,攻破量子加密技术可能并不需要什么神兵利器,因为量子加密技术本身就存在物理缺陷。

该文章一出,该研究组的师生赶紧出来声明澄清,该工作并非否定量子密钥分发的安全性,恰恰相反,针对实际系统的物理安全漏洞问题的研究,正是为了这个绝对安全性变得更加可靠。

原始论文介绍:他们是自己搭了一个原型的量子密码光路,然后用注入锁定偷到了信息。同时他们指出,用一个常见的器件“光隔离器”(optical isolator),就能防止注入锁定的攻击。

这项研究好比告诉大家:如果你的电脑没有装杀毒软件,我就能劫持你的电脑,不过大家已经装了杀毒软件。

面对舆论,潘建伟等量子通信专家也不得不跟大家解释。他们指出,虽然现实中量子通信器件并不严格满足理想条件的要求,但量子保密通信的现实安全性正在逼近理想系统。

这事也让“打假斗士”方舟子抓住了借题发挥的机会,再次怒怼潘建伟的量子通信“牛皮吹破”,认为潘建伟说的“量子加密”绝对安全性仅仅是理论上的,实际上做不到。

实际上,质疑潘建伟教授已经不是一天两天了,方舟子主要质疑潘建伟的量子加密通信有夸大嫌疑。

此前潘建伟放出豪言,准备花20亿美元,在未来五到十年内,向太空发射几十个同步卫星,建立全球量子通讯网络,占据全球通讯技术的至高点。

对此,方舟子一度发博称潘建伟不是“量子之父”,而是“放量子卫星之父”。他表示,砸巨资探索量子通信等于白花钱。

量子通信都在争论什么?

量子理论始于1900年,德国物理学家普朗克在对热辐射的研究中,第一个窥见了量子并提出来,那个时候中国人还处于清朝,只能当现代文明的看客。

随后的20多年时间里,量子理论在爱因斯坦、玻尔、海森堡、狄拉克、玻尔、薛定谔等大科学家的努力下逐渐变得完善,形成了量子力学的理论体系,成为现代物理学的两大基石之一,另一个就是相对论。

量子通信本身是建立在量子力学的基础上,所谓量子通信就是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。

量子纠缠这个名词出现近百年了,这名词还是20世纪30年代,大物理学家叫波尔给取的,它到底是个啥现象?有多神奇呢?

简单的说,就是通过实验发现,有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系,不管它们被分开多远,都一直保持着纠缠的关系,对一个粒子扰动,另一个粒子(不管相距多远)立即就知道了。

例如,把这样的两个粒子一个留在北极,一个分发到南极,如果你让北极的这个粒子向东转,那么,南极的那个粒子立马调头往西转。这种变化几乎与光速一致。

量子通讯就是利用这个原理,把合成的两个粒子人为的分开,并分发到两地。

由于量子纠缠超越了我们人生活的四维时空,是宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。如此现象就连爱因斯坦也无法解释,他称之为“鬼魅似的远距作用”,彷佛两颗电子拥有超光速的秘密通信。

不要说百年前,波尔和爱因斯坦不能给出解释,直到今天,没有谁能给出一个完美的答案。

有人形象地把它称为“孪生子现象”,就如同一对孪生子拥有第六感,一个孩子患感冒,另一个也会就会打喷嚏,好像有心灵的感应。

这种不可思议的现象,既然存在于客观世界,是否真的存在人体中呢?很多科学家找了很长时间,发现神经细胞里面的微管可以形成量子纠缠,但是微管的时间尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒,远远小于人的记忆和意识的形成时间。

除了量子纠缠,量子物理还存在另外两个规律,一个叫不确定性原理,一个叫量子坍缩。有人根据这三个规律,推出了一个叫量子通讯不可克隆原理,它的保密性具有下面这三个特性:

第一:一对一性,这是量子纠缠的规律确定的。

第二:不可窃取性,这是量子不确定性原理确定的,它不象光通讯一样,可以通过编程入侵、窃取。

第三:不可偷窥性,这是量子坍缩规律决定的,这将使你不仅看不到,还很快会被发现。

正是因为上述特性,量子通信又被认为具有绝对的,无条件的保密性,当然这种说法意思是:不可能用数学破解。也就是说,如果你的设备是可靠的,那么你绝对不会泄密。

通信专家“奥卡姆剃刀”将这种破坏设备的方法的攻击叫“旁路攻击”。他举例说,汽车的打火开关是有电子锁的,必须原配钥匙才能对上密码。

“偷车贼不破解密码,而是在方向盘下面砸个洞,把对火线扯出来,一碰就着了。反正密码干的也是让这两个线的开关闭合的事。”

与传统密码相比,量子密码术面临的威胁只来自物理,传统密码术面临的威胁来自数学加物理,显然量子加密通信更具优势。

不过,潘建伟等人对量子通信的应用,遭到了不少人质疑。北京邮电大学信息工程学院院长、密码专家杨义先教授,曾发表了一篇题为《量子的安全笑话》的文章,文章写道:

“不要说你量子通讯不可能绝对安全;就算百年后、千年后出现的更加先进的“牛X通讯”,也不可能绝对安全!伙计,请记住:任何时候,“安全”都只是相对的,“不安全”才是绝对的!更可能的情况是:网络世界会越来越不安全,量子通讯普及后,安全问题将更多。”

显然杨义先否定量子密钥比传统秘钥更安全,具有更大优越性。

福州原创物理研究所所长梅晓春则认为,量子通讯的无条件保密性不存在。梅晓春写道:

“世界上的事情就是这样滑稽,量子通讯的现状尤其滑稽,潘建伟更是不可理喻的滑稽。一个自称自己没有搞懂量子力学的人,居然成了量子技术的首席科学家,还把量子通讯卫星送上天!”

此外,很多人的质疑还在于,量子通讯的绝对保密性建立在“量子态不可克隆定理”基础上。但所谓的“量子态不可克隆定理”只是说说而已,它不是一个可以具体操作的东西,更谈不上得到实验检验。

由此看来,反对者们主要是主要质疑量子通信,脆弱的系统、巨大的成本,其是否具有所声称的保密性。

面对质疑,3月20日,科大国盾量子技术股份有限公司宣布,提供商用量子密钥分发产品,摆设擂台,成功窃取到量子密钥的攻擂者将获奖100万元人民币。

量子通信纳入国家战略规

其实,量子保密通讯是否全面实施主要是个工程问题,甚至是个决策问题。

近年来,美国、日本、欧盟均推出了针对量子通信的国家战略规划,旨在推动本国及本地区量子通信技术的繁荣发展。量子通信作为我国信息安全重要发展方向,其已被写入国家十三五规划,首次进入国家战略,重要性不言而喻。

值得欣喜的是,我国在量子加密通信领域取得了较大进展,走在世界前列。

2010年,中国成功实现当时世界上最远距离16公里的量子态隐形传输。

2013年6月,中国科首次成功实现用量子计算机求解线性方程组的实验。

2016年8月,世界首颗空间量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。

2017年5月,世界上第一台超越经典5量子比特计算机在中国诞生。

2017年9月29日,世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通。

2018年6月,潘建伟团队将18个量子比特纠缠在一起,创造了世界纪录。

尽管中国在量子安全通信方面具备优势,但中国在量子计算方面仍落后于美国。潘建伟团队成功实现量子比特纠缠,说明中国在这个领域正在迅速进步。

实际上,虽然潘建伟被称为“量子之父”,但是量子加密技术并非潘建伟的原创,潘建伟更多的是利用量子加密技术在实际中的应用,就在几天前,潘建伟获美国光学学会2019年度伍德奖,这是自伍德奖设立40余年来,中国科学家在本土的研究工作首次获得该奖。

在国内已建成多个量子通信干线及城域环网。随着未来量子从局域网广域网到空间国际网络的全面铺开。业内人士预计,国内量子通信市场规模有望达到1000亿元。在技术逐步成熟及下游应用持续落地的推动下,量子通信行业有望进入快速成长期。

可以预见,未来,量子技术作为“国之利器”,会在经济、军事、科研、安全等领域迅速建立全方位的科技优势。

人生总在向前探索未知世界

中国古代有个《两小儿辩日》的故事,讲的是孔子周游时遇到两个小孩争论太阳是早晨离我们近还是中午离我们近。一小孩认为早晨太阳离我们近,理由是早晨太阳大;另一小孩认为中午太阳离我们近,理由是中午热。由于时代所限,中国古代最伟大的思想家孔夫子听了也是无言以对。

量子技术之所以会引起如此大的争议,主要原因还在于量子力学本身就很诡异,诡异到量子世界的不确定性让很多人感到费解,自然而然就会对量子通信产生不解和质疑。

量子力学路径积分的创立者费曼也有句名言:“无人能懂量子力学”。潘建伟在接受央视《面对面》采访的时候明确表示过,量子力学他自己也搞不清楚。

“量子力学是在一个面纱里,整个面纱还没有掀掉,里面到底是什么现在还不清楚。…今天有人让我弄明白了,我马上死掉都可以。”潘建伟说。

在此之前,潘建伟也曾回应称,公众对量子通信技术有疑问,主要是因为量子力学与他们的生活经验有很大不同,哪怕是受过高等教育的人,对于量子通信的先进理论都未必能很好地理解。所以公众才会对量子通信的科学性产生怀疑,担心这项技术不成熟。

量子加密技术的原理并不难,但实际应用中远非如此简单,不然潘建伟团队也不需要数年的研究了。非但如此,借量子科学尚未普及,一些别有用心的人甚至提出一些有悖于科学的说法,如借助量子纠缠特性,编造出人的意识和灵魂不灭的玄学理论。

“吾生也有涯,而知也无涯。”科学研究的越深,就越知道我们的无知。世界还有多少我们不知道的东西?

我们原来认为宇宙上的形态,你绕我转,我绕他转,是星球与星球之间通过万有引力相互吸引,但后来,科学家通过计算星球与星球之间的引力发现,万有引力远远不够维持一个个完整的星系。

宇宙之所以能维持现有秩序,是因为还有其他物质。而这种物质,迄今为止我们都没有看到并找到,所以称之暗物质。

除了暗物质,哈勃发现了宇宙不仅在膨胀更是在加速膨胀后,人们对宇宙的探索受到了强大的阻力。科学家们认为暗能量是加速宇宙膨胀的一种神秘力量,但暗能量的猜想也会全盘否定我们现有的重力理论体系,这些谜题,由于时代的一些局限性,人们并没有办法去攻克它。

世界如此未知,让我们致敬那些探索未知的人。

作者:小青桔   来源:通信信息报

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