※ 本文為 MindOcean 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2019-03-15 22:05:26
看板 Gossiping
作者 標題 Re: [問卦] 發明量子糾纏傳遞的網路很難嗎
時間 Sun Mar 10 08:00:03 2019
※ 引述《e2ne0 (幹你冰蛙)》之銘言：
: 標題: [問卦] 發明量子糾纏傳遞的網路很難嗎
: 時間: Wed Mar 6 14:52:55 2019
:
:
: 有讀過一點書的都知道兩個粒子發生量子糾纏後所有的動作會產生無延遲的關聯動作，
: 那為何不用改變他的位置、動量等來代表0跟1，
1. 通常是用自旋up 或down 自行google。
2. 因為你改變的那瞬間，兩顆粒子的糾纏就被破壞了。
: 另一端做出偵測偵測這些動作在傳給電腦，理論上兩邊的訊息傳輸就不會有延遲了吧，
: 那為何沒人用呢？
等你用
: 從光纖網路變成量子糾纏網路感覺就很屌。
不過我想講的不是糾纏，
是量子密鑰發送
也就是下面幾個推文提的
: 推 tsubasawolfy: 中國都已經打衛星上去驗證了一.一 03/06 14:53
: 噓 w9200121: 加密用的 你不會google嗎 03/06 15:00
: 我有女友了... 剛剛查了一下好像滿多國家在研究這個東西，對岸好像有全雙工的量子網路了
這是傳密鑰用的 不用糾纏也可以做到
: → jupto: 基本上傳輸訊息的效率差到沒有實際價值 目前只有加密比較 03/06 15:28
: → jupto: 有用 03/06 15:29
: 噓 walhalla: 對岸那叫量子加密!然後~其實它跟量子沒啥鳥關係@@ 03/06 18:09
當然和量子有關係，只是可能和糾纏無關
簡單來說是用到"測量改變狀態"這個特性
以下解釋：
想像A要傳一組資料給B，
不想被偷看到，最簡單的方法不是用量子
而是把它加密，也就是把資料變得面目全非，
B接到資料之後在逆著把他變回來。
下面是例子
https://imgur.com/M6WV347.png
![[圖]](https://i.imgur.com/M6WV347h.jpg)
A要傳1101110010給B
先把每四個位元 對1011做xor運算
變成0110011100之後再傳出去
B接到資料後 假如知道A用的Key是1011
就可以再算一次 得到原本的資料
1011這個東西就是密鑰，
但是問題在於，密鑰被竊聽者得到 加密也沒用
---
量子密鑰分發就是利用量子力學性質來避免密鑰被人偷盜
主要利用
1.不同測量得到不同結果
2.測量改變狀態。
必須用例子來解釋
我們假設要測量光子的偏振方向
這個偏振方向的狀態可以表示為二維平面上的向量
(事實上正負號不重要 ↗↙之間沒有分別)
https://imgur.com/zlzeUFv.png
![[圖]](https://i.imgur.com/zlzeUFvh.jpg)
量子力學所謂的測量
就是拿一組互相垂直的xy軸
看看這個向量會落在x 軸還是 y軸
最上方的例子中 向量在xy座標系指向 （1,1）
量子力學中，我們量到的不是(1,1) 而是一半的機會量到(1,0) 另一半量到(0,1)
這就像薛丁格的貓中的例子 觀測時不是觀測到半生半死
而是一半機率發現生 一半發現死
第二個重要的點，偏振方向被我們這樣測量後
不會維持原本的(1,1) 而是變成我們觀測到的新方向
看中間的圖
那假使原本方向就是(0,1)那就沒問題
100%量到在y軸上
觀測完繼續在y軸
看最下面的圖
原本狀態和中間圖一樣
然而，我們挑選了x'y'作為基底測量
於是就變成而是一半的機會量到x'方向 另一半量到y'方向
測量又會改變方向
中下兩圖的狀態
假如用xy軸為基底測量
可以得到100%的結果 且方向不變
用x'y' 就變成五十五十 且方向會變
那想想最上面這個(1,1)的狀態
配上最下面的x'y'呢？
得到100%的x'軸，且方向不變！！
這就是測不準原理
xy座標系測得準 x'y'就測不準
反之亦然
----
那這要怎麼用在密鑰分發呢？？？
利用的重點在於，一旦被竊聽，量子狀態就有機會被改變
就可以抓到竊聽者。
具體上的簡單作法
就是利用上述的光子偏振方向。
以下是最簡單的例子，
A想要傳一組密鑰給B
密鑰形式就如我們上面的例子，是一串隨機的0和1
他們約定好，不管用xy測量 還是用x'y'測量
量到x和x'代表 0，
y和y'代表 1
https://imgur.com/03N9rXh.png
![[圖]](https://i.imgur.com/03N9rXh.png)
此時動作如下
1. A產生一連串的隨機碼，這隨機馬的一部分會成為後來的密鑰。
在下面例子中是 10011101
2. 針對每個隨機碼，A選擇一組隨機基底(xy or x'y')
3. 依照隨機選擇的基底，把特定偏振方向的光子打出去，
例如，xy基底的1，偏振方向就是y，詳細請看例表
4. B 隨機選基底來觀察接到的光子。
5. B 觀察到x x'就是0，反之是1。
6. A B比較所使用的基底，基底不同結果會被破壞，所以選擇基底相同的部分當密鑰。
例子
https://imgur.com/9ycupsj.png
![[圖]](https://i.imgur.com/9ycupsjh.jpg)
這就是密鑰如何生成並傳送的步驟
那為什麼能防竊聽呢？
假設有個E要偷聽，
E一定得選個基底去觀測光子偏振方向
一旦E的基底與A不同，方向就被改變了
只要AB約定好，拿前幾個碼互相比對
發現有不一致之處就可以抓到竊聽
例子：
https://imgur.com/OQXUTDw.png
![[圖]](https://i.imgur.com/OQXUTDwh.jpg)
在例子中
由於E選錯基底，導致B得到0或1的機率各一半
假如量到1，比對發現不同，就抓到竊聽了
所以利用到量子力學的部份，
在於觀察無法不對狀態造成影響
概念大致如此，
以下計算
------------------
A和B要取基底相同的多少碼來驗證有沒有人偷聽?
E選錯基底的機率50%，
可是即使E錯了B也有50%機率量到和A一樣答案。
所以每個碼E不被發現的機率是75%
假設A、B取N個碼來互相比對，
有竊聽者但仍沒發現的機率就是(75％)的N次方
(我之前打錯了 更正)
參考資料：
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_key_distribution
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 128.146.35.29
※ 文章代碼(AID): #1SX5E80D (Gossiping)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1552176008.A.00D.html
推 : 摁摁 理論上是這樣沒錯1F 03/10 08:01
※ 編輯: newwu (128.146.35.29), 03/10/2019 08:03:39→ : 抱歉我文組看不懂QQ2F 03/10 08:01
推 : 星期天一大早講這個害我想睡回籠覺了3F 03/10 08:01
推 : 不懂。但還是推4F 03/10 08:03
※ 編輯: newwu (128.146.35.29), 03/10/2019 08:04:50推 : 所以被竊聽後傳送的資料就變得不可信了？5F 03/10 08:04
被竊聽那組金鑰就放棄了
推 : 超認真 推！6F 03/10 08:07
推 : 純推不看，因為看不懂7F 03/10 08:08
→ : 那快子通訊什麼時候到來8F 03/10 08:10
推 : 推9F 03/10 08:12
推 : 推10F 03/10 08:12
推 : 推認真文11F 03/10 08:13
推 : 推認真12F 03/10 08:15
推 : 請問那是得要先傳所謂的基底給B嗎？那不就是也要傳13F 03/10 08:21
不用一開始兩邊選的基底都是隨機的
後來才傳過去比較
挑出一樣的
→ : 一組01之類的東西，攔截這個就好了呀？14F 03/10 08:21
![[圖]](https://i.imgur.com/DnQiaOu.jpg)
推 : 不懂純推16F 03/10 08:29
推 : 推17F 03/10 08:38
推 : 看不懂推18F 03/10 08:38
推 : 嗯嗯，跟我想的差不多，果然英雄所見略同19F 03/10 08:39
推 : 推20F 03/10 08:39
推 : 抱歉我理組看不懂21F 03/10 08:44
推 : 本城武大概懂了22F 03/10 08:55
推 : 優文，清流23F 03/10 09:05
推 : ok24F 03/10 09:07
※ 編輯: newwu (70.230.116.165), 03/10/2019 09:11:47推 : 給推 但竊聽那邊看不懂 為什麼被竊聽後方向就改變了25F 03/10 09:11
推 : 跟我想的一樣26F 03/10 09:17
推 : 認真文，不過你2.錯的，是改變一邊另外一邊一起變27F 03/10 09:20
→ : 不是糾纏被破壞。糾纏被破壞是decoherence
應該是說有兩種情形→ : 不是糾纏被破壞。糾纏被破壞是decoherence
假如如原原po所說
要用外力強制一邊的狀態
糾纏應該會被破壞
推 : 嗯嗯 跟我想的差不多29F 03/10 09:25
推 : 被觀測就會被改變? 薛丁格的貓貓?30F 03/10 09:25
※ 編輯: newwu (70.230.116.165), 03/10/2019 09:29:44推 : 看不懂，先推31F 03/10 09:31
推 : 對，是兩個情形！32F 03/10 09:34
推 : 用心推 但是一直竊聽你不就做不下去了？33F 03/10 09:36
推 : 嗯嗯34F 03/10 09:36
推 : 先推35F 03/10 09:38
推 : 專業文 給推36F 03/10 09:39
推 : 這篇整理的很好 大推37F 03/10 09:39
推 : 看得懂欸 好險有認真上課38F 03/10 09:40
推 : 利用機率重疊的部分判定0,1 再利用量子被觀測便改變39F 03/10 09:41
→ : 的特性防竊聽，我這樣理解對嗎？
→ : 的特性防竊聽，我這樣理解對嗎？
推 : 推一下，免得人家以為我看不懂41F 03/10 09:42
推 : 認真推42F 03/10 09:43
推 : 你是物理還數學系的？43F 03/10 09:56
推 : 看很久 真精彩44F 03/10 09:56
推 : 沒錯 就大概4這樣45F 03/10 10:09
推 : 嗯嗯跟我想的差不多46F 03/10 10:12
推 : 快推，以免大家以為我看不懂47F 03/10 10:14
推 : 最後應該是1-75%的N次吧48F 03/10 10:15
→ : 不然N越大反而機率越小
→ : 不然N越大反而機率越小
推 : 近代物理根本就是哲學50F 03/10 10:18
推 : 看懂一半51F 03/10 10:34
推 : 好險近代光學沒蹺課52F 03/10 10:37
推 : 推53F 03/10 10:40
推 : 沒錯 昨晚慈孤觀音也這樣跟我說54F 03/10 11:01
推 : 非常好文55F 03/10 11:03
推 : 推56F 03/10 11:04
推 : 跟我想的一樣57F 03/10 11:05
推 : 看完躺回床上（累58F 03/10 11:13
推 : 嗯，講得不錯59F 03/10 11:30
推 : AB 怎麼溝通比較基底一不一樣？60F 03/10 11:36
推 : 先推61F 03/10 11:36
推 : 喔喔62F 03/10 11:46
推 : 推63F 03/10 11:48
推 : 專業推 屌打和弦64F 03/10 11:49
推 : 除了一些細節還可以討論外，其它沒什麼問題65F 03/10 12:00
推 : E的竊聽被偵測到是建立在是活線介入的意思嗎!?66F 03/10 12:03
→ : 如果是的話,依照現有的傳輸型態,被複製mirror還是不可防
其實還有一點，→ : 如果是的話,依照現有的傳輸型態,被複製mirror還是不可防
量子力學狀態不可複製
推 : 回想到以前教授還要我們想四階的貝爾不等式...68F 03/10 12:07
推 : 推認真69F 03/10 12:07
推 : 我也是這麼想的70F 03/10 12:19
推 : 看不懂 純推吳柏71F 03/10 12:19
推 : 推72F 03/10 12:24
推 : 快推73F 03/10 12:24
推 : 有點強74F 03/10 12:42
※ 編輯: newwu (208.54.40.165), 03/10/2019 12:48:09推 : 推75F 03/10 12:47
※ 編輯: newwu (208.54.40.165), 03/10/2019 12:55:01推 : 看不懂76F 03/10 13:23
推 : 所以用密鑰加密的資訊 結果一被竊聽 整組壞光 要重找？77F 03/10 13:49
→ : 新的密鑰來傳？ 哇靠好累
不用→ : 新的密鑰來傳？ 哇靠好累
先利用量子通道傳密鑰
確認沒有被竊聽 沒問題後
再用一般通道傳加密後的資訊
只有前面的量子部分能檢查是否被竊聽
被竊聽後要重傳的也只有密鑰
後面的資訊因為已經加密過
被竊聽也沒關係
推 : 嗯嗯 跟我想的一樣79F 03/10 13:54
※ 編輯: newwu (172.56.10.60), 03/10/2019 13:58:31※ 編輯: newwu (172.56.10.60), 03/10/2019 14:03:25
推 : 好強 慢慢來看80F 03/10 14:42
推 : 厲害81F 03/10 15:17
推 : 原來如此 有趣82F 03/10 15:31
推 : 認真推83F 03/10 15:50
推 : 其實真正要問的是能否利用量子實現超光速通訊84F 03/10 16:37
→ : 但大部分的研究則是利用糾纏的特性進行加密跟大傳輸研究
→ : 但大部分的研究則是利用糾纏的特性進行加密跟大傳輸研究
推 : 這已經是物理上不同性質的傳輸方法了吧…86F 03/10 18:26
推 : 趕快推 以免別人以為我看不懂87F 03/10 18:28
推 : 好文推但我真的看不懂88F 03/10 19:48
→ : 不可克隆定理只不過是僅限理論安全上的神話89F 03/10 21:09
推 : 好文推推推！！！90F 03/10 23:17
推 : 好認真91F 03/10 23:42
推 : 推!92F 03/11 02:24
→ : 好懷念 我研究所論文就是做這個的，當時算是全國第一批93F 03/11 07:41
→ : 研究這個的，研究的很辛苦
→ : 研究這個的，研究的很辛苦
推 : 推認真文95F 03/11 07:43
推 : 推96F 03/12 07:13
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