Physics 版 (精华区)

发信人: mingxu (xingxing), 信区: Physics
标  题: 光量子保密通信
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年10月31日21:00:04 星期三), 站内信件

光量子保密通信
 
    周金运
广东工业大学应用物理系广州5 1 0 0 9 0

廖常俊 刘颂豪
华南师范大学量子电子学研究所广州5 1 0 6 3 1

摘要
   介绍了保密通信的发展及应用前景概述了用于保密通信的光量子保密通信光端机
的结构及其工作原理

关键词 密码学 保密通信 光量子 保密通信 光端机

1 量子保密通信的发展

密码学是上个世纪初发展起来的一门科学，它曾在国防军事中起着重大的历史作用。
如
第二次世界大战中盟军曾破译了德国的密码，为最后胜利立下奇功。今天除军事
和外交上的需要，随着信息交通公路的全面展开，网络技术
尤其是电子商务迅速发展，人们所忧虑的问题之一
便
是信息安全。如已见报道的密码被破译信息丢失或信用卡密码被盗等
在信息时代的今天
人们用密码来保卫国家的安全和人民的利益不受侵害
更加显示出信息安全的重要性

目前很多加密技术都是从数学入手，明文与密文之间的数据变换借助密码算法即密钥作
用下完成。即使这种加密再复杂，由于它们以数学理论为基础。理论上不被破译的
可能性并未
得
到证明。特别是随着计算技术的迅速发展计算机的破译能力越来越高如美国政府认可的
DES
密码商务加密算法最近被破译了，取代它的AES 新密码面临着同样安全性问题或许昨天难

以破译的密码在今天却很容易被破译。例如1977 年美国出了个解密题其解密需将一个129

位数分解成一个64 位和一个65 位素数的乘积。估计用当时的计算机需要用4 1016 年才能
得出结果
然而到了1994 年计算机只需8 个月就可以算出结果尤其是目前国际上正在研究的
量子计算机
理论研究已显示出其特殊的功能。如果这种计算机成为现实的话，它能求解某些数学难
题
如大数因子分解，其速度比经典计算机的速度快几个数量级。

若保密通信仍按经典方法进行
量子计算机的破译能力将势不可挡。然而量子计算机是以量子力学为基础，
需要用同属
于量子力学的量子密码术
才能阻止对它的攻击。物理加密术利用了光量子的物理本质来保护密钥的
安全传送

理论上证明是不可破译的。这是因为通信双方使用单光子组成的0 和1 的随机序列，他们
在
公开通道上建立密钥本。若窃听者想拦截必须用有效的方法吸收光子并且为了不被发现
必须保证
送出与原来相同偏振或相位的光子。这是量子物理海森伯不确定性原理所证明了的
不可能发生的情况
任何想复制光子的企图都会立即被发现。正因如此各先进国家近年来都竟
相
发展量子保密通信技术

自从Bennett 和Brassard 在1984 年提出第一个量子密码术方案用单光子偏振态编码现

称为BB84 协议以来，开始了量子密码术的新时期。
从1989 年量子密钥传输第一次演示实验
成功到目前55km 量子密钥光纤传输
在十几年的时间内量子密码术以惊人的速度发展。
英国
BT 实验室研究量子保密通信用于银行业务传输距离达到了55km,他们还建成了
波长800nm 的量子保密通信
局域网和几公里长的无源光纤网，证明了量子保密通信的组网能力。目前他们正
在努
力采用集成光学元件制作光端机。

美国Los Alamos 实验室研制的48km 量子密钥系统已经
成功地
运行了两年。目前正在建立几百兆的量子密钥分配，只需几秒就可以产生一个新的密钥
瑞士
也在现有的光纤系统上实现了量子保密通信，其特点是自适应能力强且非常稳定
这一切说明
量子保密通信不仅实验成功而且正转入实用化阶段。
国内从事这方面研究的是
中国科学院北京物理

62 飞通光电子技术2001 年6 月
研究所国际知名的量子光学实验研究室的吴令安研究员，中国科技大学北京研究生院信息
安全国家重点实验室
刘颂豪院士的学生杨理等。他们共同合作完成了院长基金项目量子密码编

码系统实验研究于1996 年在国内采用850nm 光波长在光纤中首次成功地进行了单光子相
应
调制的BB84 协议量子保密通信实验。国内量子保密通信的研究虽已取得很大的进展但距实
用
化还有一定的距离。
这项技术实用化的关键是量子密码接收和发射光端机，若这种光端机研制
成功
量子密码通信就可以在常规光通信上开始进行实用化实验。

而光端机内的核心器件之一
是单光子探测器。（未完，待续）

摘自 飞通光电子技术 2001第一卷第二期
http://www.photontec.com.cn/docc/zz21.pdf
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