书城科普奇妙的科学世界
17728400000021

第21章 用激光传输光子密钥

激光

生活在这个被称为是E时代中,不论何时何地,人们都需要记住自己的密码,电脑开机的密码,上网拨号的密码,OICQ的密码,银行刷卡的密码,IP电话卡的密码,手机的密码……我们平常人沿且如此,对于那些需要绝对安全的军事国防、外交、金融等领域呢?密码是最为重要的,可是对于手段高超的黑客们来说,这些密码往往就成了一串没有多少意义的数字。那么什么样的密码才是永远安全的呢?全世界的科学家们都在苦苦思索,当然他的努力是有成果果的那就是——量子密码,现在科学家又发现用激光来传输光子密钥。

很早的时候量子密码就被列为改变世界的十大发明之一,那么究竟它有什么样的特性让它能够达到如此崇高的地位呢?

我们也知道在我们现在是个信息时代,所以很多地方都需要用到密码,各种各样的密码都有,可是总是会让一些人破了,对于一些机密的文件和军事上的秘密需要更为高级的密码。为此,人们想到了物理方法来加密,量子是物质的基本粒子,例如光子、电子、夸克等。大家都知道电脑是二进制的,只有0或1两种状态,而光子也有两个可分辨的偏振态,所以我们可以用光子来做位元,现在科学家主要利用光子来携带密钥。根据量子力学的原理,除了发件人和收件人之外,任何人都无法掌握量子的状态,也无法复制量子。量子是一种非常脆弱的东西,一碰就会破或者改变,凡是测过的一定会留下痕迹。所以就算是再高明的黑客、间谍对这种加密法也是一筹莫展。因为任何窃取量子的动作都会改变量子的状态,不光是无法获得密钥,也会被收件人发现。所以量子密码是绝对安全的。

要想使用这项技术,大体上需要经过这样的程序:在地面发射量子信号——通过大气层发送量子信号——卫星接收量子信号并转发到散布在地球各个角落的指定接收目标。这项技术所面对的挑战之一,就是大气层中的空气分子会把量子一个个弹射到四面八方,很难让它被指定的卫星吸收。因此,量子密码的传输距离就是无法实现的飞跃。再者就是研究人员还有一道科技难关需要攻破。信息的传递,需要最快的速度,但在目前,接受加密量子流的单量子装置必须在低温冷却的状态下,才能保证传递加密量子的速度。所以科学家正在为此抓紧研究一种办法,力争使它的作用和电话系统中的增音设施相同。

当然随着科学家的不断研究,终于德国慕尼黑大学和英国军方下属的研究机构合作,在量子密码技术研究中取得重要进展。科学家胶在德国和奥地利边境的楚格峰和卡尔文德尔峰之间用激光成功传输了光子密钥。

慕尼黑大学物理学教授哈拉尔德·魏因富尔特是这项研究的领导,他在报告中说,这次传输的距离达到23.4公里,创造了迄今为止的世界纪录。这次试验的成功让通过近地卫星安全传送密钥并建立全球密码发送网络成为可能。

魏因富尔特介绍说,他们在这次试验中采用的密钥是偏振光。光子用不同偏振角代表二进制位的“0”和“1”,而光子发射的顺序代表了二进制代码的排序。激光信号发射装置每次发送一个有效的光子,而发射方和接收方通过电话核对每个光子的发射和接收时间、是否丢失、偏振角是否改变。一旦发生光子丢失或偏振角改变的情况,发射方就可以从密钥序列中去掉这个光子,从而组成一个新的密钥。

在这个实验中科学家并没有用到复杂的仪器。接收激光信号的是普通的25厘米望远镜。之所以选择在两座山峰之间试验,他们的解释是因为在约3000米的高度上,气流扰动对试验的影响比较小。魏因富尔特还说,他们下一步将改进这套密钥收发系统,试验城市内的保密通讯;然后由距地面500至1000公里的近地卫星收发密钥,建立一个密码传输网。研究人员估计,这种技术将首先应用于军事和政府保密信息的传输。当然在这种技术商业化的问题上,科学家们一直存在着争议,因为有的科学家担心这种技术会被犯罪集团或恐怖分子滥用。这也是一个值得深思的问题。

不论是什么时候,保密与窃密就像矛与盾一样相影相随,它们之间的斗争已经持续了几千年了,现在有了光子密钥的出现,在理论上可以说是结束了这场争斗,在传输的问题上也得到了解决,将来可能就会投入使用。所以在理论上可以说是终结了这场争斗,也希望它是真正的终结者。