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这意味着如果你让对角向偏振(用D表示)的单光子通过水平方向的偏振器100万次,那么其中有50万次可以通过,而剩余的50万次则不能。
量子力学非常奇怪的一点是,你无法预测每次实验的准确结果。
这并不是因为光子有时是水平偏振的,有时是垂直偏振的,而是因为同一个光子既是水平又是垂直偏振的。
因此,此随机结果从宇宙最基本的层面揭示了量子物理学所描述的内在不确定性。
在这种情况下,你可以用单光子做一些普通光不能实现的实验。
例如,可以用光子的这种属性来生成随机数,方法是记录光子通过偏振器(标记为1),还是被偏振器反射(标记为0)。
由0和1组成的字符串中的随机性是由基础物理中的固有的特性保证的,而不只是来自投掷骰子或其他偶然事件中。
因此,量子随机数生成器是一项新兴的业务,它们生成的随机性是无法被伪造的。
你也可以利用物理定律来保障通信链路的安全,而不是依赖电信供应商。
这是基于光子的两个重要特性:第一,你不能同时在两个地方探测到同一个光子。
因此,如果一个窃听者想通过捕获光子来获取你发送的信息,那么,你的信息不会被发出去,也就收不到任何回应,这个时候你就会意识到通信出了问题。
当然,窃听者可能会很狡猾地给你发送一个“诱饵”
光子,希望你能将这个含有伪造信息的光子当做你本该收到的光子。
但是基于光子的第二个重要特性,你可以看出它是伪造的。
因为在量子力学中,没有任何测量能够测得单个量子的所有信息。
结果示范如下,比如你想通过链路发送一个简单的二进制消息(由0和1组成),并将一个垂直偏振光子标记为0,一个对角向偏振光子标记为1。
如果偷听者(通常被称为Eve)检测发现光子是“垂直偏振”
的,那么她依然不能确定光子是不是0,因为对角向偏振光子至少有一半概率也会给出“垂直偏振”
的测量结果。
所以Eve只能得到了一部分信息,而不是全部。
现在,假设消息的发送者(通常称为Alice,而你是接收者,可称为Bob)向你发送一个编码为1的光子。
假设Eve测量该光子是否垂直偏振,并发现它通过了检测。
为了伪装,她必须选择给你发送一个垂直偏振光子还是对角向偏振光子。
她最好向你发送垂直偏振光子,因为这是根据测量结果得出的最有可能的情况。
而作为接收者的你可以对接收到的光子进行对角向偏振测量。
由于你知道Alice发送的部分信息,因此如果光子来自Eve,那么这个光子在50%的时间里会给出错误的结果。
如果它来自Alice,你永远不会得到错误的结果。
因此,通过比较接收到的信息与已知的Alice发送的部分信息,你就可以判断Eve是否篡改了你的传输链路。
然而,Eve可能想出更聪明的办法。
她也许试图从Alice那里复制光子而不测量它。
她可以先复制两份,并把原始光子发送给你。
然后她就可以在其中一个副本上进行垂直偏振测量,在另一个副本上进行对角向偏振测量,这样她就可以在你毫不知情的情况下确定Alice发送给你的光子“比特”
中的全部信息。
然而,即使如此她的伎俩也还是无法得逞。
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