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量子传送:爱因斯坦的“远距离幽灵行动”可以改善网络安全

2019-07-23

量子传送:爱因斯坦的“远距离幽灵行动”可以改善网络安全

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来自格里菲斯大学(澳大利亚)的科学家克服了与爱因斯坦“远距离的怪异行动”相关的重大挑战,并且可以找到它的实际用途。 照片:格里菲斯大学

物理学家将“远距离作用”的现象描述为对物体的感知效果,而没有任何形式的触摸来通过另一物体传递能量。 它是两个没有相互连接的对象之间的交互。 阿尔伯特·爱因斯坦将这种现象描述为“远距离的怪异行为”,自从罗尔德达尔的玛蒂尔达(Maallda)让凯利奥斯(Cheerios)盒子以她的思绪倾斜时,它就让我们着迷。

现在,一个物理学家团队已经找到了一种方法来严格测试光子对 - 光粒子 - 即使在实验室环境之外的不利条件下也能显示这种“远距离的怪异动作”效果。 通过帮助检测黑客的攻击,这可以极大地改善互联网安全,数据安全问题和隐私。 该研究由格里菲斯大学澳大利亚量子动力学中心的一个团队进行。

当光子穿过携带信息的光纤介质时,其中一些会散射。 当他们穿越更远的距离时,更多的人会迷失方向。 通过光子发送的信息在高速传输期间丢失。 然后可以容易地拦截这些光子,并且黑客可以很容易地解码发送的数据。

“随着量子通道长度的增加,越来越少的光子成功通过链路,因为没有材料是完全透明的,吸收和散射会造成损失,”团队负责人Geoff Pryde教授在一份 。

称为量子非局域性的效应 - 连接在一起的两个量子系统(计算机) - 被视为有助于衡量两台计算机之间数据传输过程中的安全性的整体属性。 它涉及检查发送和接收的数据以检查信息是否到达目的地。

在数据传输系统中使用两个“纠缠”光子,这两个光子在需要发生传输的两个位置之间链接在一起。 这些光子对被“纠缠”,因此测量光子确定其双胞胎的特性。

这意味着即使在验证了两个非局部(纠缠)光子之间的相互作用时,它也没有考虑到当它们通过光纤通道从源到达目的地时通过吸收或散射而损失的许多光子。 它只显示源和目的地之间成功的信息中继,确认转移,但真正的问题是,它是否安全?

在测量安全性问题时,光子的损失是现有量子非局域性验证技术的问题。 每一个光子丢失都会让潜在的黑客更容易通过了解光子的性质并模仿它来破坏安全性。 这里是纠缠的地方。

如果科学家可以在数据丢失时测试纠缠,它可以很容易地告诉他们两点之间的信息是否存在差异以及光子是否已经丢失。 但是,这并不容易。 在相当长的一段时间内,开发一种在存在损失的情况下测试纠缠的方法一直是科学界面临的挑战。

为了测试纠缠光子,该团队想出了一种方法 - 称为量子隐形传态 - 即使在高损耗系统中也能帮助他们研究量子纠缠。

该研究的第一作者摩根韦斯顿博士表示,该团队选择的光子很少能够在高损耗通道中存活并到达目的地而不会散乱。 然后将这些光子“传送”到另一个清洁且有效的量子通道中,在那里它们经受通常的量子转向测试以确定相互作用或纠缠,即使在早期系统中遭受损失时也是如此。

“在那里,选择的验证测试,称为量子转向,可以毫无问题地完成,”韦斯顿说。

“我们的方案记录了一个额外的信号,让我们知道光粒子是否通过传输通道。这意味着可以预先排除失败的分布事件,即使在非常高的情况下也可以安全地实现通信失败,“她补充道。

传送步骤涉及单独使用高质量的光子对。 必须以极高的效率生成和检测这些额外的光子对,以便补偿研究人员看到损失的冗长传输线的影响。 但是将它们置于理想的系统中有助于研究人员研究量子纠缠。

通过这种方法,该团队能够测试相当于约80公里电信光纤的光子吸收通道。 该发表在1月5日的“科学进展”杂志上。


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责任编辑:召葺骁