量子保密通讯,经典派陷入的N个误区( 二 )


以金贤敏的工作为例 , 加个光隔离器就可以避免这种攻击 , 而李红雨提出了两个反制手段 , 简单说就是“消除光隔离器内部的磁场” 。 一个方法是高温消磁 , 另一个方法是设法抵消永磁铁的磁场 。 而这方法并不现实 , 永磁体是几厘米大小的磁环 , 光从环的孔洞中通过 , 外来的激光无法接触到这个磁体 , 当然不可能加热它 , 更无法产生磁场抵消它 。 难道说 , 他可以去发送信息的屋里 , 用电吹风把这个永磁体干掉?
再说说利用“非线性晶体下自发参量下转换攻击” 。 李红雨认为 , 因为某些非线性晶体可以把入射光子劈裂为两个光子 , 而且这两个光子的偏振与入射光子的偏振是绝对相关的 , 这样就可以确定入射光子的偏振;他还进一步认为:“看来不可克隆原理终究没有成为BB84协议宣称的金钟罩铁布衫 。 ”其实 , 这种自发参量下转换过程能够发生的一个基本要求就是 , 入射光子的偏振必须满足某个特定的条件——量子通讯能够检测到偷听者 , 就是因为这种条件并不是时时都能够满足的 。
相关物理知识
光是电磁波 , 电磁场在垂直于光的传播方向交替振动(“电生磁、磁生电”) , 所以光有偏振性 。 这种偏振性可以用“偏振片”检验 。 我们看3D电影时 , 都要戴一副眼镜 , 这副眼镜就是由两个不同的偏振片构成:一个(如左眼的镜片)让垂直偏振的光通过 , 另一个(右眼的镜片)让水平偏振的光通过 。 两个不同的投影机 , 分别用垂直偏振和水平偏振的光 , 把略为不同的两个影像投射在电影屏幕上 。 如果不戴立体眼镜 , 每个眼睛都能看到这两个影像 , 所以就会觉得有些模模糊糊的;戴了立体眼镜 , 左眼和右眼看到的就是略有不同的影像 , 大脑自动把它们加工成立体影像了 。
说得再详细一些 。 偏振片检测光的偏振性 , 因为它有一个特殊的方向:当光的偏振方向与这个方向相同时(0度)就可以透射过去;当光的偏振与这个方向垂直时(90度) , 光就透不过去;当光的偏振既不垂直也不平行于这个特殊方向时 , 就只有一部分光可以透过 , 如光的偏振方向与这个方向呈45度时 , 有一半光可以透过去 。
单光子通讯的BB84协议利用的就是光的偏振性 , 再加上单光子特性 , 一个光子是不能分成两个的 。 一个45度偏振的光子照射在0度放置的偏振片上 , 有一半的几率透过 , 一半的几率透不过去——但绝对不会一分为二的 。
张三和李四通讯 , 每次发射一个特定偏振的单光子 , 其偏振分为两类:一类是0度或90度偏振的 , 另一类是45度或135度偏振的 。 为了确定收到的单光子的偏振种类 , 李四必须适当安放偏振片的方向:如果0度放置 , 就可以完全确定光子偏振是0度还是90;如果45度放置 , 就可以完全确定光子偏振是45度还是135度 。 但是 , 对于0度放置的偏振片 , 45度和135度的偏振光子是无法区分的 , 只会误认为是0度或者90度;而45度放置的偏振片无法区分0度和90度的偏振光子 , 只会误认为是45度或者135度 。
接下来 , 张三随机地发送第一类或者第二类的偏振光子 , 李四随机地安置检测偏振的构型 。 李四的构型跟张三匹配了 , 就会确定地得到光子的偏振类型 , 如果不匹配 , 得到的光子偏振类型就是错误的 。 张三和李四传送了一些光子以后 , 就用大喇叭告诉对方 , 我的每个光子是哪一类的偏振 , 李四挑出那些与张三传送类型匹配的测量构型(有一半的几率) , 就能得到正确的偏振构型了——这就是量子密码传送 。
王麻子想偷听 , 只能像李四一样瞎猜一个构型 , 然后截取张三发来的光子 , 测量其偏振构型 , 还要再发一个光子给李四 , 这个光子的偏振只能是王麻子自己测到的那个偏振类型(否则就白测了) 。 因为王麻子是瞎猜的构型 , 所以每次都有一半的几率猜错 , 这种错误就会反映在李四的测量上 , 李四也就知道有人在偷听了 。

推荐阅读