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量子互联网 发表评论(0) 编辑词条

量子互联网

微观世界的某些物理量不能连续变化而只能取某些分立值,相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子普朗克在1900年研究黑体辐射时,首先发现了自然现象中的这种不连续的量子性质。他发现物质吸收或发射的辐射能量量子。能量分化为量子的现象,只是普遍自然规律中的一个例子,有时也将同某种场联系在一起的基本粒子称为这一场的量子,例如电磁场的量子就是光子

现在,量子通信技术即将从实验室走向网络世界。21世纪,量子互联网(或量子因特网)将以惊人的计算能力和超快速通信能力展现其新的魅力。

1.量子互联网

科学家们科学的幻想建成一个量子网络,在网络上传送宇宙间最奇特的物质,这种物质就是“缠结”信息。科学家认为,建立一个产生、储存和传送缠结信息的网络,是向开发一种科学幻想家虚构的远距离传物系统迈出的第一步。利用这种缠结信息还能制造超快速量子计算机,并把它们连接成量子互联网网,为互联网发展开辟新途径。

(1)缠结信息

所谓“缠结”是指具有交互作用的粒子之间几乎是“心灵感应”的神奇连接,即使粒子位于宇宙空间的两边,这种连接都能以极快的速度连接。缠结信息已经用于量子密码翻译、极小规模的量子计算和远距传物。

(2)量子互联网引发认识宇宙的新革命

根据“缠结”的原理,可以将量子计算机连接起来,构成功能强大的量子互联网网,进行极其强大的数字处理,其计算速度超过当前任何理论计算速度。试想,如果缠结的信息能够通过量子互联网被瞬间传送到全球各个角落,那量子互联网将引发计算、通信和人类认识宇宙的新革命。

2.实现量子互联网的理论与实验

(1)理论的突破

贝尔实验室香浓在1940年提出的香浓理论奠定了经典信息论的基础。香浓理论解决了任何通信信道的理论容量,即是说沿着通信信道能够可靠传送的最大数量信息,并阐述了有效传送信息的压缩技术。但是,量子缠结信息的出现,使香浓理论面临新问题,要求香浓理论的新突破,为量子互联网的发展开辟道路。

(2)艰苦的实验

1992年IBM公司和TelAviv大学的研究人员研究认为,缠结对量子信道的容量有极大的影响,目前发现至少可将信道容量提高一倍。这是因为在量子信道中传送的每个光子都可能有水平和垂直两种状态,所以把一对光子连接在一起,就可能变成4种状态。利用缠结技术,一个光子可以发送2位信息,从而使信道容量提高一倍。这种现象称为量子超密集编码。
最近,应用缠结技术又有新进展,研究人员开始研究粒子3重缠结和4重缠结,使粒子实现更多的组合状态,可以使量子信息以极快的速度通过网络。
只有速度没有质量也不行。这种极快的信息传送速度要建立在纠正可能出现的错误上。由于上述所说的量子缠结状态是脆弱的,任何外力都可能产生破坏作用。以致许多物理学家误认为不可能可靠的传送量子信息。但是在最近,IBM和微软的两位研究人员对量子缠结状态的脆弱性问题提出了完善的解决方案。其解决方案是利用执行量子计算的软件保护量子信息,使量子信息不会产生错误。

3.量子互联网将指日可待

1997年,奥地利的因斯布鲁克大学的研究人员提出了第一个量子互联网计划。2000年3月,美国麻省理工学院和马萨诸塞州林肯空军研究室的研究人员提出了更加接近实现量子互联网的设想。他们的设想是生成一对光子,并沿着2条光纤传送,即一个光子传送给甲地的研究人员,另一个传送给乙地的研究人员。甲乙两地的研究人员都拥有包含超冷却原子的激光俘获器,而原子能吸收光子。研究人员可以确定原子何时吸收光子而不会干扰它,并在原子吸收缠结的一对光子时检查甲乙两地研究人员能够发现同时吸收的光子。当确定原子确实吸收光子时,原子本身也就变成了缠结的粒子。当原子没有电荷时,它们不受电场和磁场的影响,这样就容易保护缠结的粒子不受外力的影响。在互联网发展史上,第一次成为利用缠结的极其珍贵的网络资源。
最近,美国陆军向麻省理工学院的一项研究计划投资数百万美元加速量子互联网的研究开发。麻省理工学院发布了建立量子互联网的详细计划,并宣布现在已具备建立量子互联网技术,该计划打算在3年内建成量子互联网,并首先在麻省理工学院建立3个节点。因此,业界人士分析,全球量子互联网的实现将指日可待。

结 语

互联网已成为我们日常生活中的一种越来越离不开的新工具,它极大的改变了人们的工作方式和生活方式;互联网又是一种神奇的创新力量,它创造了一个新的产业、一个新的世界。今天,电子商务正在蓬勃发展,正在促成各产业以互联网为基础重新构建核心竞争力,它将改变人和企业的命运。正是互联网这种摧枯拉朽不可一世的力量,才促使互联网本身在技术上神速的发展,从电互联网到光互联网,从光互联网到量子互联网,从麻省理工学院最近发布的建立量子互联网的详细计划,我们已看到了量子互联网的曙光,三年后我们将迎来麻省理工学院量子互联网的3个节点。

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光子枪带来量子互联网编辑本段回目录

这种枪是一个圆盘形的铌酸锂晶体,铌酸锂是一种非线性的材料,会使单光子自发地转换成光子对。

我们听了很多可能的量子互联网,都是采用单光子编码和发送信息,保护要采用量子加密新兴技术。

这种系统的主要优点是完美的安全性,这种事情,政府,军队,银行和其他各类群体需要付出一大笔钱才能办到。

量子互联网的一项关键技术就是可靠的光子枪,可以发射单光子,满足需求。这一点并不容易。

目前量子密码系统的主要弱点是有限的可能性,而今天的激光器发射的是成束的光子,而不是一次发射一个光子。当发生这种情况时,窃听者就可以使用这些额外的光子提取信息,就是正在传输的数据的信息。

所以,开发光子枪的兴趣并不少,因为它可以发出单光子,确实,有多个组织已在这方面取得重大进展。

在这一背景下,德国埃尔兰根(Erlangen)马克斯•普朗克光学研究所(Max Planck Institute for the Science of Light)的迈克尔•弗奇(Michael Fortsch)和几个好朋友今天说,他们已经取得重大突破。这些家伙声称,他们制成的光子发射器,具有一系列属性,更加灵活、高效,有意义,胜过以往的任何东西,这是一种光子超级炮。

这种枪是一个圆盘形的铌酸锂(lithium niobate)晶体,用582纳米的光照射,这种光源自掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG:neodymium-doped yttrium aluminium garnet)激光器。铌酸锂是一种非线性的材料,会使单光子自发地转换成光子对。

所以,582纳米的光子会在圆盘内弹跳,最终发射出来,成为不变的582纳米的光子或一对纠缠的光子,具有两倍的波长,大约1060纳米。这个纠缠对的波长不同,所以,所有三种类型的光子都很容易分离。

这种582纳米的光子会被忽略。另一对光子中,一个光子用来传递信息,另一个光子被探测器获取,以确认其他光子处于准备传输的状态。

那么,这个光子枪有什么特别?首先,最重要的是,这种枪发出的是光子对。这很重要,因为检测到一个光子是一个明确的迹象,说明另一个光子也已发出。这就像是一个时间戳,说明光子在传播中。

这种所谓的光子枪意味着,毫无疑问,这种枪不会把信息秘密泄露给可能的窃听者。

这种枪也非常快,每秒每毫瓦发射约10万对光子,比其他的光子枪效率高两个数量级。

这些家伙也可以改变这种枪发出的光子的波长,这需要加热或冷却这种晶体,从而改变它的大小。这种彩虹颜色横跨100纳米,确实,不太像彩虹,但可以得到这幅图片。

这一点很重要,因为它意味着,这种枪可以调谐到各种不同的原子跃迁(atomic transitions),使物理学家和工程师可以使用各种不同的原子,进行量子信息存储。

总而言之,这是一种令人印象深刻的性能,很显然,也是一种有效措施,可以带来更强大的量子信息处理工具。

更多信息:《通用单光子源进行量子信息处理》(A Versatile Source of Single Photons for Quantum Information Processing)。

光互联网和量子互联网编辑本段回目录

  因特网的发展创造了人类崭新的互联网经济,互联网经济又成为推动因特网向宽带、高速发展的动力,而光互联网和未来的量子互联网,正是这一需求的因特网。

  高速意味着知识经济蓬勃发展与互联网的高速分不开,高速的因特网,承载了知识、资本、人才、信息的高速流通,同时又拉动了知识经济的发展。21世纪将是互联网和信息时代,互联网的发展正带动计算机、微电子、通信和软件等信息产业的发展,成为21世纪全球经济的主要动力。

  宽带,从技术上讲,是指在同一传输介质上,例如光纤,可以同时利用不同的频分时分码分波分复用技术传输信息,在接入网的速度在吉比特以上,在其骨干网上传输速度在太比特以上,在用户端的则是兆比特以上。与传统的Modem接入网的最高速率56Kbps相比可达到10Mbps--100Mbps,可提高100倍。

  人类总是在科学的幻想和实现幻想中发展,科学家们幻想建立一种新奇网络,这种网络能够传输宇宙间最奇特的物质,其传送速度与“心灵感应”相比美,其计算速度是超常规的,这种网络叫量子互联网,这种奇特的物质称为“缠结”信息。

  本文将就光互联网和量子互联网的特性、应用、发展概况加以介绍。

  一、光互联网

  到目前为止投入商用的还没发现比光纤更合适的媒体传送巨量信息。全球范围内的以承载各种业务的IP数据包为代表的数据业务爆炸式增长,极大地拓展了光通信的发展空间和刺激了光通信自身技术的急速的发展。在过去的20年里,在对光纤上的信息传输总速率从每秒2兆比特到每秒数太比特,提高了近100万倍,预计未来十年里还将提高100倍左右。光纤通信技术也从单纯的传送网技术发展到全速“迈向全光网”技术,包括光交换技术、光接入的全光网络技术。“光Internet”或“光互联网”则也应运而生。

  (一)光互联网 随着波分复用技术WDM的发展和高速路由器中2.5Gbps光接口的引入,从1998年起IP over SONET/SDH开始向IP over WDM发展。“IP over WDM”又称“光Internet”或“光互联网”是指IP直接接入到WDM光网上或直接接到光纤上,核心网中间不经过SONET/SDH终端复用设备和ATM设备。这样光互联网又称为光IP网或光DWDM,直接在光上运行的互联网就是光互联网。

  (二)光互联网的三种IP传送技术 在光互联网中,高性能路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连接至WDM光纤,光纤内各波长链路层互连。高性能路由器取代传统的基于电路交换的ATM和SONET/SDH电交换与复用设备,成为关键的统计复用设备,用作主要的交换/选路设备,最终由它控制波长接入、交换、选路和保护。因此,光互联网是一个真正的链路层数据网,可以通过指定波长作旁路或直通连接,网络的流量工程设计可以只在IP层完成。由于可以为不同业务指定波长,在结构上更加灵活,并具有向光交换和全光选路结构转移的可能。

  DWDM系统能对电信业务进行光复用,一部分波长被指定用于高带宽IP光网,即IP over WDM,它可用于大容量机对机业务;另一部分波长被指定用于ATM光网,即IP over ATM,它可能用来支持虚拟专用网VPN和执行重要任务的IP网;还有一部分波长被指定用于传统的SONET/SDH业务,即IP over SONET/SDH,它可能用来集中和传送的IP网业务。光复用的魅力在于向用户提供特定需求的一整套服务和协议。

  光互联网中,有三种IP传送技术。IP是网络层协议,SDH和WDM是物理层传送技术,在两者之间有一个数据链路层。物理层的作用是负责在通信中传送光或电信号;数据链路层负责把物理层提供的信号转换成网络层所需的信号;网络层则从这些信号中提取分组,进行路由转换,传向目的地。目前有IP over ATMIP over SDHIP over WDM三种技术。

  1、IP over ATM

  这是一种ATM和Internet相结合的方式,从开放系统互联的分层结构来看,IP层在ATM之上,因此这种传递方式叫做IP Over ATM。是选路与交换的优化组合,ATM的优势主要来自可扩展性和灵活性。

  IP Over ATM的优点:

  (1)在所有包交换技术中,ATM的QoS是最好的,它可以做到电路仿真,可利用ATM的QoS特性,保证网络的服务质量;

  (2)网络具有很好的可扩展性和灵活性;

  (3)支持多种业务,可从传统的数据到对延时敏感的语音和视频汇集到一个网络上,并为不同业务类型提供不同的服务质量QoS;

  (4)有很好的网络流量管理和控制性能,表现在ATM流量控制方面非常精细,这一点对带宽是非常宝贵的,对线路费用非常高的广域网来说就显得十分重要,也是目前ATM能在广域网中被广泛采用的原因之一。

  IP Over ATM的缺点:

  (1)传输效率低是IP Over ATM的致命缺点,造成传输效率低的原因是IP数据包须映射成ATM信元,由此形成的传输开销称为“信元税”达25%左右,故造成传输效率低;

  (2)网络管理比较复杂,因为要解决诸多矛盾,如需要解决IP地址与ATM地址多重映射的矛盾,IP网络的非连接特点与ATM面向连接之间的矛盾,随着接口速率的增加其速率不易提高;

  (3)主要适用于网络边缘多业务的汇合和一般容量的骨干网,不太适用于超大型IP骨干网。 目前,ATM与IP的重点研究课题是多协议标记交换MPLS,MPLS将把一些面向连接的组网优点带到路由器组建的网络上去,如QoS、业务流工程设计、VPN和大型路由表的计算等问题都可望得到解决。

  2、IP Over SDH IP Over

  SDH是IP数据包通过采用点到点协议PPP,映射到SDH帧上, 按各次群相应的线速进行连续传输。IP Over SDH省去了ATM层,简化了网络结构,提高了传输效率百分之二十到三十,降低了成本是一种高效、实用的IP传送技术;可以充分利用SDH技术的各种优点,如SDH使国际电信互通成为可能,SDH帧结构中安排了丰富的开销比特,可以加强网络的运行、管理和维护能力,网络有很好的兼容性等;适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网,或者在电信骨干网上疏导高速数据流。其缺点是不能提供较好的服务质量QoS, 对大规模的网络须处理庞大、复杂的路由表,而且查找困难,路由信息占用较大的带宽。

  3、IP Over WDM IP Over

  WDM通俗的说法就是让IP数据包直接在光路上跑,减少网络层之间的冗余部分。由于省去了中间的ATM和SDH层,其传输效率最高,节省了网络运营商的成本,同时也降低了用户获得多媒体通信业务的费用,是一种最直接、最经济的IP网络体系结构,非常适用于超大型IP骨干网。

  一种新技术的提出是由于市场的迫切需要所系。Internet骨干网的带宽如果不采用WDM,那么仅Internet的数据流就可以占满整个单波长光纤系统的容量(目前,单波长光纤系统的最大传输速率为10Gbps,潜力已尽)。此时,再用SDH设备来将Internet业务和别的业务进行时分复用(TDM)既没有必要,也不可能了。因此,IP Over WDM闪亮登场。IP over WDM即省去了ATM层,又省去了中间层SDH,显然是一种最直接的结构体系,让IP直接在光路上传送,减少了网络设备、简化了网络管理、降低了额外开销、提高了传输效率、降低了成本,通过业务量工程设计,可以与IP的不对称业务特性相匹配。适用于城域网、高容量普通IP网和未来大型骨干网的核心汇接。

  IP Over WDM的主要特点:

  (1)充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量,目前准商用化的DWDM的速率已将达到1.6Tbps,效率最高,成本最低;

  (2)可同时在一根光纤中实现双向多媒体通信传输,可以有上百个波道,每个波道之间可以相互隔离,因而可以很容易地兼容不同性质和不同协议的业务;

  (3)可在不改变原光缆设施的条件下,改变通信系统的组态,在网络设计中有很大的灵活性和自由度,扩容更方便;

  (4)使用WDM技术可降低对一些器件性能上的过高要求;

  (5)WDM系统中主要器件波分复用器是无源器件,省电,可靠性高,故障率低,便于维护,降低了成本。

  (三) 三种方案的比较

  现将上述三种方案作一比较,列表如下: 从表中可以看出:三种IP传输技术都将长期共存,相互补充。但是IP over DWDM是未来的网络发展方向之一,最具有生命力和发展前途。光传送网在我国应用十分普遍,大多采用DWDM。新成立的网通公司几乎以“光速”建成20Gbps的IP骨干网,连接包括北京、上海、广州在内的15个国内主要城市。

  二、量子互联网

  微观世界的某些物理量不能连续变化而只能取某些分立值,相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子。普朗克在1900年研究黑体辐射时,首先发现了自然现象中的这种不连续的量子性质。他发现物质吸收或发射的辐射能量量子,能量分化为量子的现象,只是普遍自然规律中的一个例子,有时也将同某种场联系在一起的基本粒子称为这一场的量子。例如电磁场的量子就是光子。 量子通信技术即将从实验室走向网络世界,量子Internet或量子互联网将以惊人的计算和超快速通信能力迈入21世纪,展现其新的魅力。

  (一)量子互联网 科学家们科学的幻想建成一个量子网络,在网络上传送宇宙间最奇特的物质,这种物质就是“缠结”信息。科学家认为,建立一个产生、储存和传送缠结信息的网络,是向开发一种科学幻想家虚构的远距离传物系统迈出的第一步。利用这种缠结信息还能制造超快速量子计算机,并把它们连接成量子Internet网,为因特网发展开辟新途径。

  1、缠结信息 所谓“缠结”是指具有交互作用的粒子之间几乎是“心灵感应”的神奇连接,即使粒子位于宇宙空间的两边,这种连接都能以极快的速度连接。缠结信息已经用于量子密码翻译、极小规模的量子计算和远距传物。

  2、量子互联网引发认识宇宙的新革命 根据“缠结”的原理,可以将量子计算机连接起来,构成功能强大的量子Internet网,进行极其强大的数字处理,其计算速度超过当前任何的理论计算速度,试想,如果缠结的信息能够通过量子Internet被瞬间传送到全球各个角落,那量子互联网将引发计算、通信和人类认识宇宙的新革命。   (二)实现量子互联网的理论与实验

  1、需要香浓理论的新突破

  所谓香浓理论是指贝尔实验室的香浓在1940年奠定的经典信息论的基础。香浓理论解决了任何通信信道的理论容量,即是说沿着通信信道能够可靠传送最大数量信息,并阐述了有效传送信息的压缩技术。但是,香浓理论只应用于经典信息论。量子缠结信息的出现,使香浓理论面临新问题,要求香浓理论的新突破,为量子互联网的发展开辟道路。

  (1)量子信息奇特的脆弱性:建立量子Internet面临的一个问题是量子粒子的脆弱性,容易丢失信息,也就是说,只要能看到量子粒子,它就有了被破坏的可能性。这个问题不仅涉及能够存储的信息数量,而且涉及能够检索的信息数量。解决这个问题的办法是测量量子,通过测量,掌握量子的变化特性。

  (2)量子缠结信息古怪的特性:经典信息论是0和1组成的序列,通过改变导线上的电压可以实现这种序列编码。在一定的电压电平之上是1,反之则是0。然而,量子粒子(如光子)中的部分信息的编码则具有完全不同的特点。光子在同一时间有两种或多种存在状态。例如,能够将光子的电场加以滤波,这样它就在一个特定的平面产生极化振荡。当振荡平面变成垂直极化时,此平面称为0,当振荡平面变成水平极化时,此平面称为1。然而,由于“量子叠加”,光子可能同时垂直和水平极化,可能同时为0和1。

  但是,缠结使得这一切都发生了改变。缠结粒子的奇妙之处在于测量一对粒子中的一个,便能确定另一个的测量结果,而不管这两个粒子相距多远。这种在时间和空间内魔术般地连接两点,充分说明了缠结信息的含意,也充分的意味着缠结将会给未来的网络通信带来巨大的变化。

  2实现量子互联网的艰苦的实验

  (1)1992年IBM公司和TelAviv大学的研究人员研究认为,缠结对量子信道的容量有极大的影响,目前发现至少可将信道容量提高一倍。这是因为在量子信道中传送的每个光子都可能有水平和垂直两种状态,所以把一对光子连接在一起,就可能变成4种状态。利用缠结技术,一个光子可以发送2位信息,从而使信道容量提高一倍。这种现象称为量子超密集编码。

  (2)最近,应用缠结技术又有新进展,研究人员开始研究粒子3重缠结和4重缠结,使粒子实现更多的组合状态,可以使量子信息以极快的速度通过网络。

  (3)只有速度没有质量也不行。这种极快的信息传送速度要建立在纠正可能出现的错误上。由于上述所说的量子缠结状态是脆弱的,任何外力都可能产生破坏作用。以致许多物理学家误认为不可能可靠的传送量子信息。但是在最近,IBM和微软的两位研究人员对量子缠结状态的脆弱性问题提出了完善的解决方案。其解决方案是利用执行量子计算的软件保护量子信息,使量子信息不约产生错误。

  (三)量子Internet将指日可待

  1、1997年奥地利的因斯布鲁克大学的研究人员提出了第一个量子Internet计划。

  2、2000年3月美国麻省理工学院和马萨诸塞州林肯空军研究室的研究人员提出了更加接近实现量子互联网的设想。他们的设 想是生成一对光子,并沿着2条光纤传送,即一个光子传送给甲地的研究人员,另一个传送给乙地的研究人员。甲乙两地的研究人员都拥有包含超冷却原子的激光俘获器,而原子能吸收光子。研究人员可以确定原子何时吸收光子而不会干扰它,并在原子吸收缠结的一对光子时检查甲乙两地研究人员能够发现同时吸收的光子。当确定原子确实吸收光子时,原子本身也就变成了缠结的粒子。当原子没有电荷时,它们不受电场和磁场的影响,这样就容易保护缠结的粒子不受外力的影响。在Internet发展史上,第一次成为利用缠结的极其珍贵的网络资源。   3、最近,美国陆军向麻省理工学院的一项研究计划投资数百万美元加速量子Internet的研究开发。麻省理工学院发布了建立量子Internet的详细计划,并宣布现在已具备建立量子Internet技术,该计划打算在3年内建成量子Internet,并首先在麻省理工学院建立3个节点。因此,业界人士分析,全球量子Internet的实现将指日可待。

  三、结语

  Internet诞生于“二次世界大战和冷战”的急风雷电之中,成长于和风细雨的和平年代,我们珍惜这一全球亿万人拥有的财富。互联网已成为我们日常生活中的一种越来越离不开的新工具,它极大的改变了人们的工作方式和生活方式;互联网又是一种神奇的力量,它是一种创新的、对旧世界具有摧毁的力量,不管你愿不愿意,你都躲不过它的摧毁之力,它善于建设一个新世界,不是吗,互联网已成为一种产业,电子商务正在蓬勃发展,正在促成各产业以互联网为基础重新构建核心竞争力,它将改变人和企业的命运;互联网更厉害的是它已成为社会资源重新分配的工具,这是百年才遇到的事情,以互联网发源地美国为例,最近五年,互联网创造的百万富翁,比过去50年所有工业创造的百万富翁还要多。也就是说,在短短的几年内(仅是历史长河的一瞬间),通过互联网,美国的社会资源急剧的转移到一大批富有活力的年轻人和年轻的公司身上,使整个社会来一次重新洗牌,吐故纳新,激发了国家新的活力和动力,美国近十年的发展也说明了这一点。这种新陈代谢是社会全局的联动,也将势必波及中国。正是互联网这种摧枯拉朽不可一世的力量,才促使互联网本身在技术上神速的发展,从互联网到光互联网,从光互联网到量子互联网,从麻省理工学院最近发布的建立量子Internet的详细计划,看到了量子Internet的曙光,三年后我们将迎来麻省理工学院量子Internet的三个节点。

个人隐私与量子互联网编辑本段回目录


     Seth Lloyd
     感谢一些奇异的物理学定律,也许有一天我们能够不用当心任何人收集我们上网冲浪的数据。

关键概念:
     当前的网络搜索,即使是匿名的,仍然能够泄露我们的个人信息。
     根据现今正在发展的网络量子版本,搜索引擎能够返回用户询问的问题答案并且确保无人能够保存和复制这些数据。
     量子搜索应用一种新的搜索引擎数据库,这种数据库在实验室中正被证明有效。

     现在我们很少有隐私可言。特别是在网络上,一旦你搜索你期望的东西,这些搜索就会被记录下来。因特网搜索公司说他们会通过数字加密客户的个人信息以保证他们的客户的隐私。但是问题是,这样一种保密的方式并不是十分有效的。美国在线服务公司(AOL)编号4417749的用户发现当AOL于2006年决定公开她以及其他657000位用户总共2000万条网络搜索时,保密是很难的。记者们通过分析乔治亚州的一位62岁烧伤的寡妇的搜索内容就能够追踪到她本人。而对于西尔玛•阿诺德来说幸运的是,关于她的身份和个人兴趣的曝光就不是那么尴尬。当我们碰到相同的情况时能够说什么呢?
    物理学定律可能给我们带来希望。银行和其它机构之间已经能通过量子通道传送不可破的数据。因此,当前能够使你避免被窃听的技术已经存在了。但是到将来,当你发送请求和接收答案时,即使是Google也不知道你问的是什么问题。并且,相同的技术将确保个人在其上网的整个期间内的搜索隐私(同时这也就是个人隐私)。
     当然,搜索引擎需要记录和分析用户的数据,这是他们确认它们的花费和赚取利润的方式。如果它们决定保护用户的隐私,搜索引擎将需要一种全新的运作模式。用户可能不得不决定他们是否愿意为搜索付费以保护隐私还是免费搜索而暴露他们的搜索。

非经典接收者
      2004年春,我在加利福尼亚州蒙特里参加一次会议期间出席了亿万富翁们的一个宴会。我发现这里似乎有一点误解。我的角色就是尽我所能为对量子技术感兴趣的客人们充当一个解说员。这些亿万富翁们包括谢尔盖•布林拉里•佩奇这样的Google创始人在内。出乎我意料的是,布林和佩奇熟知量子信息。在粗糙地思考了关于量子物理学将可能改变人们在因特网上的联系方式后,我暗示,无论最终结果如何,我会和我的同事们发明一个“量子因特网搜索”的东西。
      量子物理学确保完全的隐私的能力来源于一个简单的事实:量子系统能够以叠加态(包括从基本粒子到各种分子)出现。在任一个特定时刻,一个原子能够位于几处位置;光粒子能够同时处于垂直和水平的偏正态;一个电子的磁矩既向上又向下;等等等等。结果是,当经典(而不是量子)比特只能要么以数据1要么以数据0储存时,量子比特能同时储存1和0。并且,一旦量子比特同时处于0和1的态,那么你就不可能复制精确的相同比特。任何试图复制量子比特的行为都将改变原来所处的状态。这个规则叫做量子不可克隆定理,它也能应用到量子比特序列中(比如说,单词或句子)。结果就是,任何在量子通道(这通常是在光纤中处于极化叠加态的光子)中的窃听者,不能够在不扰乱交流的情况下听到什么。
     一些绝密地交换数据的量子编码技术要归功于不可克隆性。这类以为收信人能够读出你发送的数据的技术:仅仅向Google发送一段编码是无用的。去年,意大利比萨高级师范大学的维托利奥和帕维亚大学的洛仑佐以及我本人发现不可克隆定理也使得隐藏的请求成为可能。在我们的设想中,用户必须能够对搜索引擎发送“ 量子问题”——一串同时包含有正确和其他问题的量子比特(第二个问题是什么是不重要的:你的电脑就能够提供一段随机字符)。(sacurui译)

中国成功测试量子互联网编辑本段回目录

2007年4月3日消息:国际上首个量子密码通信网络日前由我国科学家在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的唯一无中转、可同时、任意互通的量子密码通信网络,标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。

据中国科学院院士、中国科技大学教授郭光灿介绍,今年3月,由他领导的中科院量子信息重点实验室,利用自主创新的量子路由器,在北京网通公司商用通信网络上完成了四用户量子密码通信网络的测试运行,并确保了网络通信的安全。

数年前,美国科学家曾提出了构建量子互联网的设想,但有关研究进展艰难。有关专家表示,这次实验的成功,也为量子互联网的发展奠定了基础,使量子互联网的问世露出了「一线曙光」。

网络时代,网络信息安全一直是困扰人们的一大难题,根据量子力学基本原理,量子信息无法复制,任何截获或测量操作都会改变量子的状态,都会被通信者发现。因此,量子密码在原理上是「无法破译」、「绝对安全」的。但要将量子密码应用于网络通信,国际学术界面临两大难题。其一是量子密码系统的稳定性问题,即要经受得住商用通信网络环境下的各种干扰。

2004年,郭光灿领导的研究小组在北京和天津之间成功实现了125公里光纤的点对点的量子密钥分配,解决了量子密码系统的稳定性问题。另外一个难题则是,在量子信息不能测量、测量就会被破坏的前提下,网络在传输中如何自动找到特定的路径,将信息完整准确地传送给对方。为解决这个难题,郭光灿领导的研究小组巧妙利用波分复用技术,设计出国际上第一个量子路由器,解决了量子信息自动寻址难题,使量子网络中任意一个用户都能自由选定网内任意用户与其实现量子密码通信。不久前,郭光灿课题组在北京网通公司的商用光纤线路上进行多用户测试。用户之间最短距离约32公里,最长约42.6公里。测试系统成功演示了一对三和任意两点互通的量子密钥分配,并在对原始密钥进行纠错和提纯基础上,完成了加密的多媒体通信实验。

据介绍,量子密码通信网络是当前国际上热门的研究课题之一。欧洲、北美和日本投入了大量的人力物力进行研究,并提出了多种网络拓扑结构和寻址方式。有关专家认为,由郭光灿等人完成的量子密码通信网络在商用光纤上可以长期稳定运行,性能优于国际上现有的其它量子密码网络方案;同时,在目前的技术条件下,它能扩建成拥有数百个用户的量子密码通信网络。

10年后能建立量子互联网-- 50纳米纳电子器件 编辑本段回目录

上海科技  2001年07月04日 
 
   当你正为“网上飞人”沾沾自喜时,知道10年后能建立量子互联网吗?知道它的速度有多快吗?

  在“北京国际周”科学家新世纪论坛上,中国科学院计算机所所长李国杰院士在人民大会堂所作的报告,让全体听众大为震撼。

  “人们常把集成电路称为微电子器件,这个‘微’字不只是微小的意思。严格来讲,微电子器件是指芯片中的线宽在1微米,即百万分之1米左右。”李院士“科普”道,当前国际最先进的集成电路,已采用0.13微米工艺,我国明年可以做到0.25微米。

  今后10年,线宽将降到0.07微米甚至0.05微米,即50纳米。他说,1纳米是10亿分之1米。当器件工艺达到纳米数量级,现在的半导体器件原理就不再适用。

  科学家现在在干什么?“正在研制纳米范围内的新器件,如单电子晶体管、量子器件、分子器件等,这些统称为纳电子器件。”

  进展又如何?“今年4月27日,IBM公司宣布研制成功纳米炭管做的晶体管阵列,其器件大小只有目前微电子器件的1/500。”

  他说,本世纪上半叶,纳电子器件将逐步占领市场,其集成度和性能将有成千上万倍的提高。到那时,信息技术将从微电子时代发展到纳电子时代。

  李国杰院士预言:“目前最成熟的是量子密码技术,5至10年内可能实际应用。量子通信速度,比目前通信技术快1000万倍,10年以上时间可建立量子互联网。”

  “量子计算机将是纳电子时代的重要产品。但不会完全取代现在的电子计算机。”

  他解释说:“由于至今尚未找到制作大位数量子芯片的方法,20年内难以建立量子计算机,不能完全取代日常运用的电子计算机。”虽然目前原理上已无障碍,但量子器件最多只能做到5个量子位,而实用的量子计算机至少需要1万位以上。

  李国杰,1968年从北大毕业,2000年就任联想研究院首席科学家。在讲信息技术的宏观发展趋势时,他说:“向高度(高性能)、广度(普及计算)和深度(智能化)发展;从客户机、服务器向浏览器、网络(虚拟环境)发展;从人围着机器转向机器围着人转发展(人机和谐);向计算机、通讯、消费电子与信息内容融合的4C信息世界发展;由产品技术向服务技术发展;向感觉不到计算机存在的信息技术应用发展。”

  发展令人惊叹,李院士展示着人们无法想象的速度——

  比如微电子技术,芯片从5微米到0.18微米,已经历9代,每代约3年;2002年,0.13微米工艺将实用化;2006年达到0.1微米工艺,2012年可望达到0.05微米工艺。

  再如芯片的价格随性能提升,每18个月就翻一番,5年翻了10倍,10年翻100倍,15年翻1000倍;近18个月的进展等于以前全部进展;广域网的带宽1年增长4倍,3年则是64倍;

  多媒体的图形能力,3年就增长100倍;芯片的存储能力,两年就增长7倍……

  李院士介绍说,近几年内,比集成电路更复杂的片上系统,将是微电子器件的主要发展方向。美国去年发射的5颗小卫星,就是片上系统的典型代表,每颗重量才200克左右,比一本书还小!

  李院士称美国做的5颗小卫星是“一母四女”,每对小卫星用30米长的金丝细线相连,是作天线用的。一颗卫星重226克,体积竟是10×4.9×2.5厘米,仅2.5厘米厚!

  “用越来越小的器件,造越来越复杂的系统,是信息技术的发展方向之一。”李国杰在让听众惊诧的同时,又产生无限遐想。 (《纳米技术站》)  

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