潘建伟:人类究竟能否设计一个自己都破解不了的密码

1评论 2018-05-18 15:31:37 来源:金融界网站 作者:何佳佳 2018年A股放心王

  金融界网站5月18日讯 2018年5月18 -19日,第二十一届科博会主题报告会暨中国科技创新论坛,在全国政协礼堂召开,本届论坛主题是“引领高精尖产业发展,推动科技创新中心建设”。中国科学院院士、中国科技大学常务副校长、著名物理学家潘建伟出席本届论坛并发表主旨演讲。

潘建伟

中国科学院院士、中国科技大学常务副校长、著名物理学家潘建伟

  潘建伟指出,从历史上看,人类自己设计的密码都被自己破解掉了,那人类究竟能否设计一个自己都破解不了的密码?在追求问的过程中,他在科研路上取得了一个又一个的突破。

  以下为演讲全文:

  潘建伟:尊敬的施罗德先生,尊敬的路院长,尊敬的孔翰宁先生,徐冠华部长,非常高兴大家在这里给大家做分享,因为我在德国留学多年,所以对这个论坛非常高兴,今天在座的这个嘉宾都是中国人,所以我把我的这个报告英文做,但是用中文来讲。

  考古学家发现,我们以前有李昂特人(音)在欧洲,其实要比我们的祖先更加的强大以及大脑要强,为什么在最后的这个竞争当中,homo在最后的这个演化过程当中,他牲畜最后成为我们的祖先,考出学告诉我们一个主要的这个原因,一个偶然的原因发明语言和符号,利用这个语言和符号,我们就可以形成非常有效的团体,通过信息的交互,我们就可以共同对抗自然灾难,在人类进化的过程中,信息的交互是非常重要的。一个重要的话题就是隐私的保护,只有隐私的保护我们才能进行思考,有一种自由可以进行思考,也会成为我们源源不断的创新和社会进步的这样的一个源泉,从古到今,我们从前是飞鸽传书,到后来有电话,到后来有计算机、互联网,整个进化的过程中让我们信息的交互变得更加的有效。

  所以从某种意义来讲这种信息的交互,一直会跟我们的人类的进化和社会的进步是联系在一起的,我们经常会问两个比较问题,怎么让我们信息交互变得有效,怎么有效保护我们个人隐私或者互联网的安全,在信息科学里面,它的答案是叫增加计算的能力,和进行信息安全的保护。

  其实为了实现信息安全的保护,这是一个从古至今的话题,早在公元前7世纪斯巴达人就知道用加密棒来加密他们的信息,那么只有有加密棒的人才可以把信息读出来,我们把布袋烙在这个加密棒上可以读出来,但是其它人读出来就乱码,到公元前50年左右罗马凯撒大帝又发明一个另外的一个算法,同样也被破掉,而阿拉伯学家告诉我们可以来分析和破密,比如说英文里大家看到A出现的频率大概8%左右,B出现1%点几,通过你得到一封信,尽管这个字符是乱的,但是可以通过这个频率就可以知道哪个字符是哪个字符,所以任何一种依赖运算加密的方法都可以算出来的,比如说二战时间德军用的,也都被破解了,还有1024位,也都被破解了,这样一来我们就开始怀疑了,我们人类的这个智慧到底能不能构建一个加密手段,以至于我们人类都破不掉,历史经验告诉我们搞一个密码都会破掉,除此之外大家在讨论AI,我们的这个计算能力是有线的,大家可能都没有办法完成,但是主要的限制就是来自于摩尔定律,大概会在不久将来会终结,摩尔定律告诉我们晶体管的这个密度每18个月就可以算一下,大概不到10年左右的这个时间就会到原子尺度,我们0和1的这个逻辑的值就很难被精确的定义了。

  所以非常有意思的是,得益于很多德国的科学家,像爱因斯坦,还有海森堡,量子力学经过100年的发展以后,它已经能够给我们提供一种手段,解决我们所遇到的问题。

  这个量子的概念非常简单,两只猫处于活活加死死的这个状态,看其中一只猫处于活的这个状态另外一只猫在非常短的时间里,也会到活的状态,它的实现非常简单,我们说可以举一束光,光里面的小小的例子就是叫做photon,就可以加载一个比特,如果有两个光子的话,就可以用极化状态,处理下面常态里的某一个,哪怕相聚比较长远也可以到这种诡异的举动,所以爱因斯坦写了一个论文,它认为这个是错的,但是到后来另外一个科学家说,实验室检验一下,到底是否存在这样的现象,这个现象没有做完,都证实了量子是对的,但是没有达到最后的结论,还有一些漏洞,主要的两个漏洞,一个是叫做仪器会欺骗我们,因为这两只猫相距遥远的时候我们测量它,因为都存在了,所以他们会作弊,还有一种说法,在测量被人看到之前,可能一直都是没有真正完成的。只有人去看的时候,这个测量才完成,这样很难满足爱因斯坦最早提出的要求。

  尽管这个证明到目前为止,还没有最后有结论,但是在这个过程当中呢,我们发现起来一种技术,就叫做量子相关控制,它可以给我们提供一种就是量子通讯手段,可以提供一种无条件安全的这么一种通讯方式,那么利用我们的量子叠加和量产纠缠可以提供一种非常快的量子计算的一种手段,那么这就可以解决前面所提到的问题。

  时间的关系我就简要的介绍一下,量子通讯,量子通讯比如说我们的电灯泡里面,能够抓抓很多一个个单光子的话加以编码编上信息送出去,这样我就可以产生一种无条件安全的密钥分发,那么如果说中间有个人在窃听的话,它是可以被发现的,所以以这样的方式,我是一实现一种原理上无条件安全的密钥分发。

  另外一个非常有意思的,是量子计算紧密相关的,有点像我们神话故事里面的,孙悟空的筋斗云,就是利用这种纠缠的帮助,我们可以把一个客体的状态送一个地方送到一个遥远的地方,但是没有把粒子本身给送过去,用这个手段构建量子计算机,有了这个概念之后,1992年IBM公司的几位学者大概32厘米,证明了这个量子密钥分发,到2005年的时候,这个已经被欧洲、美国以及中国的学者拓展到100多厘米,这个试验有各种各样的漏洞,一个是单光子很难准备,探测器也有漏洞,严重限制我们的应用,这几个问题,到了就是说2005年,和2010年左右呢,才得以解决,那么有了问题解决之后,就是我们能够实现现实条件下的安全的量子密钥分发,那么这当时就在科学院的支持下,当时我们的路院长也在,从小网开始建,到2012年的时候,其实在北京呢,已经在某些部门投入使用了。

  这样一来城市里非常好,那么要做得更远怎么办,因为量子的信号,它非常不幸的是不能被放大的,哪怕这个信号分多很多很多,我们在03、04年开始做一些工作,到07年就试试看,外部没有损耗,我们发现80%的信号可以到达地球,垂直大气只有水平大气的10公里左右,所以从04年开始我们就经过将近10年的努力摸索,这个光到底能不能穿过大气层,05年的试验是可以的,后来我们拿卫星来做,到底能不能跟地面很好的对接上,我们在青海湖的实验证明,确实可以对接上的。

  经过将近10年的努力之后,我们就发展好这样一个技术了,我们可以用低轨卫星进行这个量子通讯,在这个地方我们发展了高精度的就叫所谓的APT技术,然后呢,天上的光到地上我们也知道什么时候到达,那这里面所发展技术,有一个非常好的东西,就叫做非常高的能量的分辨率,如果这个时候,我在月球上点燃一个火柴在这个地方我们装置原则上可以看到月球上有人点亮火柴了,在2016年在中科院的支持下,发射了收客量子卫星,是由古时候科学家和哲学家命名的。

  做完之后发现效果非常好,比如说我们卫星飞过北京,飞过乌鲁木齐的时候,我们可以每秒钟大概产生1000个密钥,我们最近的结果得到大幅度的提高,已经可以送10万个,基本上可以满足远距离的机密信息实时传输的需要,从去年到今年我们又把这个东西提高两个数量级。

  除此之外我们在基础研究方面,做一些事情,检验这个爱因斯坦的遥远地点之间的诡异的互动,我们发现在1200公里的时候这种诡异互动还是存在的。从更加长远的观点来讲我们将检验一下,建立量子互联网,能不能实现远距离的量子引擎传输,那么我们去年的试验也表明这个结果非常好的。

  在这个基础之上我们今年跟我们欧洲同事合作,已经实现了,北京到乌鲁木齐到维也纳的这样的一个密钥的分发,而且可以用来实时的视频传输,目前我们也跟我们就是德国的同事,还有意大利的同事,还有非洲的,还有南美的,俄罗斯、新加坡的同事在合作用我们的卫星尝试,能不能把我们的信号送到地面上许许多多的地面上。

  长远来讲我们希望通过10年到15年的努力,星群和地面光纤网络连接,做一个量子网络,保障我们互联网的安全性。

  除此之外我们这个技术可以提供一个非常好的探索宇宙的望远镜,什么意思,如果说我们能够把纠缠分发和量子引擎传输结合在一起,从原则来讲我们技术可以允许我们构建一个尺寸跟地球半径直径一样的,这么大的望远镜,哪怕有一辆汽车或者说汽车的牌照,是在这个轨道上伏着的,这个汽车的牌照我是可以非常清晰的看到的。

  所以这样的话,它提供一种非常好的探索宇宙的方法和未来。

  除此之外我们的手段可以用于GPS的,非常精确时间的信息传输,这在未来的导航里是非常有用的,我刚才讲到对物理学家来说有一个非常远的希望,实现妙级的这个分发,由我们人来完成,爱因斯坦,将近80多年之前提出来的,量子力学非定性的检验,那么这个东西我们希望能够通过10到20年的努力,来完成这样一个结果,最近我们已经在地面上开展一些原理性的试验了,我们发现地球和月亮之间的损耗大概100个DB左右,我们已经达到103个DB,我们的实验室是可以做的。

  目前我们跟全世界十几个实验室合作,有10万多人参加做了一个试验,我们发现我们用人类的这个选择,也是可以来挑战爱因斯坦的这个非定型的,所以我们希望沿着这个路走下去,一方面做基础研究,同时推动新的技术的发展,谢谢大家!

关键词阅读:人类 密码 量子力学

责任编辑:何佳佳 14726
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