白话量子保密通信之双光子纠缠协议及其破解

量子保密通信，被吹得神乎其神，号称绝对“不可监听，不可破译”；其工作原理，包裹着一层厚厚的专业术语外套，使得，即使科学网上众多高学历学者，由于“隔行如隔山”，也不辨东西南北——不知道究竟围绕着这个投资巨大的京沪量子保密通信工程和量子卫星工程在科学网上展开的激烈辩论，究竟谁是谁非？自己究竟应该为我国上述两项工程叫好呢，还是应该旗帜鲜明地表示反对？

为此，今天就先来为隔行如隔山的朋友，扒下其中一项协议双光子纠缠协议那层厚厚的棉衣，让大家先明白所谓不可监听、不可破译的量子保密通信究竟是怎么回事——

1.通信需要一定的信号和约定，例如烽火台燃放狼烟，是一种光信号，事先通信双方已经对此有协议约定——从而可以达成通信；

2.现代通信采用无线电或光信号，约定和“0，1”对应；则一个“0，1序列”可以传达丰富的通信内容；
（以上为通信的ABC）
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3.双光子纠缠协议，则是利用“一对纠缠光子”——相当于“一双手套”，约定其与“0，1序列”间对应关系，传递密钥信息的——其基本约定如下：
爱丽丝（A）每次见到一只左手手套，记一个“0”（见到一只右手手套则记一个“1”）；
鲍勃（B）每次见到一只左手手套，记一个“1”（见到一只右手手套则记一个“0”）；
第三方（C）盲目将一双双手套拆分、分别发送给爱丽丝（A）和鲍勃（B），这样，爱丽丝（A）和鲍勃（B），就可以记录下一串“0、1序列”，作为双方进一步利用传统信道通信所用的“密钥”。

4.这个由3表述的、基于双光子纠缠的量子保密通信协议，虽然，涉及到“双光子纠缠”，有点最前沿高科技的味道，其实际意思是什么呢？
　　翻译成我们这里的手套语言，就是：C每次分发给A、B的两只手套，保持着一种奇妙的“纠缠关系”——当没有拆封查看时，每只手套都处在“非左非右”的“叠加态”，每当有人拆看其中一只手套状态时，这两只手套，其状态，就立刻“踏缩”为一左、一右这样两个“本征态”——爱丽丝在北京拆看到一只左手手套，那只发送给鲍勃的手套就从“非左非右”的状态，立刻“踏缩”为一只右手手套；从爱丽丝看到左手手套，到另外一只远在万里之外的手套踏缩为一只右手手套，所需的时间间隔为零（是超光速的）！

5.不怕中途有人复制发送给鲍勃（B）的那只手套、获取通信密钥吗？量子保密通信的信仰者宣称：不怕！因为，任何人都无法复制一个“非左非右”的手套（“未知量子态是不可克隆的”）！

6.可是，就算“未知量子态是不可克隆的”。监听者（E），完全可以检测所截获那只发送给鲍勃（B）手套的状态，然后，给鲍勃发送一只和检测结果一致的左手（或右手）手套啊？

7.量子保密通信的信仰者宣称：监听者（E）的检测，会导致“量子态踏缩”，因此，会被爱丽丝和鲍勃发现！

8.可是，即便是因为伴随监听者（E）的检测，发生了所谓“量子态踏缩”，这个“踏缩”，也只有监听者（E）知道；爱丽丝（A）收到一个左手手套时，鲍勃（B）一定收到一只右手手套；中间是否发生过“踏缩”？在爱丽丝和鲍勃各自检测前只能是“未知”；各自检测后，凭什么就可以知道中间有人已经做过手脚呢？

9.量子纠缠是一种关系特征，仅仅靠检测一个手套的特征，是无法确定纠缠关系是否存在的。当监听者（E），每次都按照检测结果给鲍勃（B）发送左手（或右手）手套时，爱丽丝和鲍勃比对各自检测结果，仍然保留着一左、一右的关系；对于所谓“踏缩”是中途发生的，还是在自己检测时才发生的？是无从区别的。

10.因此，基于双光子纠缠的量子保密通信，也纯粹是自欺欺人，一厢情愿的事情。