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什么叫量子密钥分发技术?英国电信计划在 5G 网络中使用量子密钥分发技术

   近几年,关于量子密码、量子计算等利用量子力学原理的新信息处理技术的研究在全球如火如荼地开展。量子信息处理技术的重要基本要素是量子聚结状态,而传送量子聚结状态的手段是量子聚结光子对。利用量子聚结光子对的性质,可以进行各种量子信息处理,如量子密钥分发

    据外媒报道,英国电信正计划使用量子密钥分发(QKD)技术构建安全网络,量子密钥分发被认为是一项在位置之间共享加密密钥的“本质上不可破解的、最先进的”技术。英国电信(BT)正与总部位于英国的量子技术初创,公司、研究机构和教育机构共同合作,希望在 5G 和联网汽车安全通信开发方面实现飞跃。

英国电信计划在 5G 网络中使用量子密钥分发技术

   该集团在一份声明中指出,此举是一项 “世界首创”的端到端量子安全通信试验的一部分,该试验获得了由英国研究与创新(UKRI)资助机构提供的 770 万英镑资助,为期 36 个月。

英国电信正计划使用量子密钥分发(QKD)技术构建安全网络,量子密钥分发被认为是一项在位置之间共享加密密钥的 “本质上不可破解的、最先进的”技术。

   英国电信指出,该试验还将在 5G 基站与移动终端设备以及联网汽车之间建立 “超安全链接”。

此外,英国电信认为,此举还将为开发各类需要 “数据传输的超安全性”的量子安全用例奠定基础。

据了解,该计划的合作伙伴包括剑桥大学衍生公司 Nu Quantum;物联网网络安全初创企业 Angoka 和 ArQit;量子计算公司 Duality Quantum Photonics。

 

  什么叫量子密钥分发技术

一、量子基本信息
1、量子概念

       量子(Quantum)属于一个微观的物理概念。如果一个物理量存在最小的不可分割的基本单位,那么称这个物理量是可量子化的,并把物理量的基本单位称为量子。现代物理中,将微观世界中所有的不可分割的微观粒子(光子、电子、原子等)或其状态等物理量统称为量子。

       量子这个概念最早由德国物理学家普朗克在1900年提出的,他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的,只能取能量基本单位的整数倍,这很好地解释了黑体辐射的实验现象。即假设对于一定频率的电磁辐射,物体只以“量子”的方式吸收和发射,每个“量子”的能量可以表示为:E=hν,h为普朗克常数。

2、量子基本特性

       作为一种微观粒子,量子具有许多特别的基本特性,如量子力学三大基本原理:

量子测不准

      也称为不确定性原理,即观察者不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度,粒子位置的总是以一定的概率存在某一个不同的地方,而对未知状态系统的每一次测量都必将改变系统原来的状态。也就是说,测量后的微粒相比于测量之前,必然会产生变化。

量子不可克隆

      量子不可克隆原理,即一个未知的量子态不能被完全地克隆。在量子力学中,不存在这样一个物理过程:实现对一个未知量子态的精确复制,使得每个复制态与初始量子态完全相同。

量子不可区分

      量子不可区分原理,即不可能同时精确测量两个非正交量子态。事实上,由于非正交量子态具有不可区分性,无论采用任何测量方法,测量结果的都会有错误。

除此之外,还包括以下基本特性:

量子态叠加性(superposition)

      量子状态可以叠加,因此量子信息也是可以叠加的。这是量子计算中的可以实现并行性的重要基础,即可以同时输入和操作个量子比特的叠加态。

量子态纠缠性(entanglement)

       两个及以上的量子在特定的(温度、磁场)环境下可以处于较稳定的量子纠缠状态,基于这种纠缠,某个粒子的作用将会瞬时地影响另一个粒子。爱因斯坦称其为: “幽灵般的超距作用”。

量子态相干性(interference)

      量子力学中微观粒子间的相互叠加作用能产生类似经典力学中光的干涉现象。

二、密码学基础

1、密码学基本原则

 在设计算法时,必须假设敌人已经知道了算法和密文,唯一不知道的是密钥。密码学的研究目标就是,让敌人在这种情况下破译不了密文。算法、密文、密钥三个元素,缺一个密钥,让你死活破译不了;三缺一干着急,这是设计密码体系时的基本原则。

2、一次性便签--one time pad

   (1)密钥是一串随机的字符串;

   (2)密钥的长度跟明文一样,甚至更长;

   (3)每传送一次密文就更换密钥,即“一次一密”。

     香农证明了一个数学定理:密钥如果满足以上三个条件,那么通信就是“绝对安全”的。

三、加密通信


四、量子密钥分发(Quantum Key Distribution)

 量子密钥是一串随机的字符串,长度也可随意设定,而且每次需要传输信息时都重新产生一段密钥,这样就完全满足了香农定理的三个要求(密钥随机,长度不小于明文,一次一密),因此用量子密钥加密后的密文是不可破译的。

什么叫量子密钥分发技术