Lassen Sie uns am Welttag der Telekommunikation darüber sprechen, warum die disruptive Technologie der Quantenkommunikation „absolute Vertraulichkeit“ erreichen kann.

Heute ist der 55. Welttag der Telekommunikation.

Im Jahr 1969 verabschiedete der 24. Verwaltungsrat der Internationalen Fernmeldeunion eine Resolution, die den 17. Mai zum „Welttag der Telekommunikation“ erklärte.

Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Kommunikationstechnologie hat den Menschen zwar großen Komfort gebracht, bringt aber auch zahlreiche Risiken für die Informationssicherheit mit sich. Immer mehr Unternehmen und Einzelpersonen achten darauf, ob die sie betreffenden Informationen sicher sind und ob es bei normalen Kommunikationsaktivitäten zu Informationsverlust und -diebstahl kommt. Die Quantenkommunikation löst hauptsächlich das Problem der Kommunikationssicherheit.

Medienberichten zufolge haben Akademiker Pan Jianwei, Professor Xu Feihu und andere von der University of Science and Technology of China im März dieses Jahres Schlüsseltechnologien entwickelt, wie etwa die schnelle und hochpräzise integrierte photonische Quantenzustandssteuerung und die supraleitende Einzelphotonenerkennung mit hoher Zählrate. Damit ist eine Echtzeit-Quantenschlüsselverteilung mit einer Rate von Hunderten von Megabits möglich, wodurch der internationale Rekord für die Verschlüsselungsrate um ein Vielfaches angehoben wird, was für die künftige großflächige Anwendung der Quantenkommunikation von großer Bedeutung ist. Am 14. März wurden die Ergebnisse in der international renommierten Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

Lassen Sie uns am 17. Mai über die „absolute Vertraulichkeit“ der Quantenkommunikation sprechen.

Was ist Quanten, Quantenkommunikation und Quantenschlüssel

Zunächst müssen Sie einige grundlegende Konzepte verstehen.

Quanten sind ein allgemeiner Begriff für elementare Teilchen wie Photonen, Protonen, Neutronen, Elektronen und Mesonen und stellen den grundlegendsten Energieträger dar.

Quanten sind die kleinste, unteilbare Grundeinheit der physikalischen Welt und der grundlegendste Energieträger. Es ist ein allgemeiner Begriff für Elementarteilchen wie Photonen, Protonen, Neutronen, Elektronen und Mesonen. Man kann sagen, dass die gesamte Welt aus Quantenteilchen besteht. Beispielsweise besteht das Licht in unserem täglichen Leben aus einer großen Anzahl von Photonen.

Die Quantenkommunikation ist ein wichtiger Zweig der Quanteninformationswissenschaft. Es nutzt die Prinzipien der Quantenmechanik, um Quantenzustände zu manipulieren und Informationen zwischen zwei Orten auszutauschen und bewältigt so Aufgaben, die mit der klassischen Kommunikation nicht zu bewältigen sind. Es gibt zwei typische Anwendungen: eine ist die Quantenschlüsselverteilung und die andere die Quantenteleportation. Die Quantenschlüsselverteilung überwindet die inhärenten Sicherheitsrisiken der klassischen Verschlüsselungstechnologie und ist die einzige Kommunikationsmethode, deren prinzipielle, bedingungslose Sicherheit streng nachgewiesen wurde.

Bei der Quantenschlüsselverteilung handelt es sich um den Prozess der Übertragung und Messung des Quantenzustands von Licht zur Erzeugung von Quantenschlüsseln, die nicht abgefangen oder manipuliert werden können und eine vollständige Quantenzufälligkeit aufweisen. Der Schlüssel wird in Form von Binärbits dargestellt, die eine unknackbare Verschlüsselung für alle Arten der Datenkommunikation, nämlich die Quantenverschlüsselungskommunikation, ermöglichen.

Warum ist Quantentechnologie streng vertraulich?

Durch die Verschlüsselung mit Quantentechnologie können die Gesetze der Physik genutzt werden, um die Einzigartigkeit von Informationen sicherzustellen. Diese Technologie ist unverzichtbar, sofort verfügbar und theoretisch unzerstörbar. In der Quanteninformation gibt es ein sehr grundlegendes Theorem namens „Quanten-No-Cloning-Theorem“, das sicherstellen kann, dass Quantenbits nicht genau kopiert werden können.

Selbst wenn der Absender bei früheren Kommunikationsmethoden den Umschlag versiegelte, Wachs darüber tropfte und ihn mit einem Feuersiegel versah, konnte er nicht verhindern, dass jemand ihn öffnete, las und anschließend wiederherstellte. Und wenn elektromagnetische Wellen zur Übermittlung eines Geheimnisses verwendet werden, kann selbst die geringste Lautstärke ein ausgeklügeltes Abhören nicht verhindern. Schließlich kann man versuchen, die „Lautstärke“ soweit herunterzudrehen, dass die Information extrem schwach ist – das Quantenniveau, und Teilchen im Quantenzustand haben die Eigenschaft der „Selbstzerstörung“. Jeder Spion, der es misst, wird es zerstören, und jedes sorgfältige Lesen wird es völlig verändern, und es ist unmöglich, es nur ein bisschen zu verändern. Gleichzeitig werden durch das Kopieren auch die Informationen zerstört und der Benutzer wird darüber informiert. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet es sich hervorragend als „Vertraulichkeitstool“.

Durch die Nutzung dieser Funktion wird die Sicherheit der Quantenkommunikation gewährleistet.

Wird die Quantenkommunikation in Zukunft die herkömmliche Kommunikation ersetzen?

Der Experte Zhang Wenzhuo führte aus: „Tatsächlich besteht das Ziel der Quantenkommunikation nicht darin, die traditionelle digitale Kommunikation zu ersetzen. Beispielsweise soll die Quantenschlüsselverteilung die traditionelle digitale Kommunikation sicherer machen und kann nicht unabhängig davon existieren. Die Quantenteleportation hängt vollständig von der Entwicklung von Quantencomputern ab. Erst wenn in Zukunft alle klassischen Computer durch Quantencomputer ersetzt werden, kann diese Kommunikationsmethode in vollem Umfang genutzt werden. Das Problem ist jedoch, dass Quantencomputer und traditionelle Computer wie Atomwaffen und konventionelle Waffen sind. Sie können sich nicht vollständig ersetzen. In Zukunft sollten Quantenkommunikation und traditionelle Kommunikation zusammenarbeiten, um ein integriertes Weltraum-Boden-Kommunikationsnetzwerk aufzubauen.“

Mit der Vertiefung der Quanteninformationsforschung und -anwendung wird die Quantenkommunikationstechnologie möglicherweise schon in naher Zukunft so alltäglich wie Mobiltelefone und Computer und Einzug in die Haushalte der einfachen Leute halten.