建造全國性不可破解的量子網際網路 美國這牛皮吹大了

最近美國在科技方面又是「大動幹戈」，能源部的官員宣布要建立全國性量子網際網路，這個新一代的網際網路將利用量子力學的技術，將會保證信息傳輸的安全性，並且宣稱這個網絡是幾乎不可破解的。這一次美國幾乎將所有的科研力量都調動起來，能源部旗下的17個國家實驗室全部參與其中，更有國防部、中情局、航空航天局和多個知名大學的參與其中。

看上去美國對量子網際網路勢在必得，但是美國一定能夠成功並取得優勢嗎？這恐怕沒有美國所宣稱的那麼樂觀，今天我們就來分析一下所謂不可破解的量子網際網路到底有沒有可能性：

量子網際網路的根本——量子的測定與糾纏

量子網際網路能夠成立的基礎是建立在量子糾纏之上的，而要搞清量子糾纏首先要整明白「薛丁格的貓」（這個著名的故事如果你不知道可以自行了解一下，我們這裡不再贅述）。薛丁格的貓是諷刺量子力學唯心主義式的量子疊加狀態，根據客觀原理實驗中的貓是必死無疑的，但是如果你不進行觀測就無法知道貓是不是死了，而你觀測的動作又成為了幹涉實驗的原因，因此你又不能觀測，貓也就成了一個在邏輯中「半活半死」的狀態。

但是薛丁格可能沒想到的是這種荒唐的疊加狀態在微觀的量子世界是存在的，如果不進行觀測你永遠不知道例子在什麼地方，而如果你進行觀測粒子就會出現在一個確定的地點，而你的觀測方式還會影響粒子出現的位置，所以粒子存在於何處不取決他自身反而取決於觀測者。

我們知道了這個特性之後再來看量子糾纏，量子糾纏是已知兩個自旋為1/2的粒子來自同一個量子系統時，那麼不管把這兩個粒子放多遠他們都會在同一個方向上自旋方向相反。比如一個放在地球上，一個放在火星上，如果你在地球上觀測這個粒子是向上轉的，那麼火星上的那個不管是否有人觀測他必定是向下的，如果地球上不進行觀測，那麼火星上的旋轉方向便永遠也無法確定。這個過程是超越光速的，並且沒有任何的物理上的連接，一度被愛因斯坦所懷疑是錯誤的，但後來事實證明這種現象是真實存在的，只不過這個糾纏的具體原因是什麼沒人能解釋清楚。

量子信息的通信原理

我們知道測定可以改變粒子的自旋方向，又知道了量子糾纏的奇特效果，那麼如何利用這兩個原理來傳輸信息？這個方法早在上個世紀70年代就有個經典例子，假設有兩個人ALICE和BOB，他們手中一人有一個糾纏態的粒子A和B，ALICE手中有一段信息C，C實際上就是一段數字1234。這個時候ALICE該如何用量子糾纏告訴BOB關於C的內容呢？ALICE和BOB首先要約定ALICE在觀測粒子時向左轉是1、向右轉是2、向上轉是3、向下轉是4，其他什麼東北方向、西南方向都沒有意義。然後ALICE就要通過自己的觀測行為去控制粒子的轉向，並且把這個正確轉向的方式和排列順序用經典物理的方式（電磁波、光波、聲波、引力波等等）傳遞給BOB，否則BOB只觀察B會獲得大量無用轉向和重複的轉向而被搞懵圈獲得錯誤的信息。

在這個過程中第三者在理論上是無法截獲兩者的信息的，因為他的每一次觀測都會得到不同的結果，就算能確定粒子的正確順序，也不知道粒子的轉向到底意味著什麼。粒子的轉向與位置可能有無數種變化，所以靠暴力破解的方式並不現實，即使你有相同的量子計算能力也是如此，而且第三方一旦有觀測行為還會造成AB雙方的粒子糾纏狀態改變，兩者立刻就知道有人在竊取信息隨即改變約定的密鑰規則，所以這就是為什麼美國認為量子網際網路不可破解的原因。

量子網絡也有弱點 世界上沒有不透風的牆

這個世界上從來就沒有過完美無缺的事物，所以量子網際網路不可破解光從哲學的角度來看就是一個偽命題，而且量子網際網路不僅可以破解，還有一些致命的弱點。

從ALICE和BOB的例子我們就能直接看出幾個技術理論所帶來的弱點：第一個是兩者必須要有可靠渠道獲得糾纏態的粒子，第二個是兩者必須有不用再進一步確認的協議密鑰，第三個是兩者必須依靠經典物理通道才能實現正常通信。

為了克服第一個弱點，美國現在製造的實驗型量子網際網路有一個核心機，所有的粒子都得靠它發送，所有的信息也必須經過它才能傳輸。問題在於核心機獲得的信息必然來自於非加密或者經過傳統加密但可讀的信息，然後才能通過量子疊加進行加密後再傳輸，這意味著核心機有一個瞬間的信息是可以通過傳統方法來攻破的，而一旦核心機被攻破整個量子網際網路就全部完蛋。

關於第二個弱點美國唯一能做的就是將自己的量子算力提高到別人無法超越的程度，一旦對手的算力超過自己就有可能被破解密鑰。而且就算對方不能破解，也能通過不斷的觀測行為來幹擾和阻斷信息的傳輸，迫使對方窮儘自己的密鑰規則而崩潰，因為兩者不得不尋找新的通信方法來確定自己獲得的信息是否正確，靠拜佔庭算法式的區塊鏈也無法彌補這個缺陷。

第三個弱點讓美國更加頭疼，美國研究人員發現量子信息傳輸速度、距離和安全性三者是不可兼得的。如果你想用光纖保證傳輸速度，那麼在傳輸最多幾十公裡之後粒子糾纏態就會出現改變而讓信息出錯；如果你改成電磁波保證傳輸距離，那麼速度就會比光纖慢上許多，信號更容易被幹擾和截獲；如果你保證傳輸速度和距離，那麼你就必須得在網絡中增加足夠多的中繼器和糾錯系統，還要防備這些中繼器被對手攻克，這就變成了傳統網際網路一樣，安全性很難得到保障。

綜上所述，量子網際網路只是在信息的傳輸過程當中變得更難攔截和破譯了，當信息到達某個中轉或者終端時就必然會變成傳統的信息，而只要出現這個情況就可以有無數多的破解方案，因此量子網際網路比傳統網際網路也安全不到哪去。

從非技術角度也知道美國在吹牛

分析問題不能光從一個角度來看，從非技術的角度來看也知道美國在吹牛，光是量子網際網路的投入資金就不足以建造出理想的成果。美國當年的所謂星球大戰計劃投入了高達1萬億美元（當時美國GDP才5萬個億），聲勢浩大著實把蘇聯嚇得夠嗆，再往前推1942年製造核彈的曼哈頓計劃投入了20億美元，而當時美國GDP僅有1000多個億。現在美國研究不次於這兩項計劃的量子網際網路，每年投入經費才10多個億，漫說是在GDP中的佔比相差甚遠，就是比起美國7000多億的軍費連零頭都算不上，這點錢怕是給研究人員開支都費勁。

再有就是將帥無能累死三軍的問題，美國政府現在許多重要職位都是政治酬庸的貨色，這樣的人對於本職工作不上心，對專業問題也根本不了解。比如美國的國土安全部部長在疫情爆發後上國會聽證會時，對防疫措施以及物資儲備一問三不知，還辯稱防疫的問題是疾控中心的事自己管不著，竟完全不知道生物安全也是國土安全部的基本職責之一。這樣的部長連自己管轄的範圍都不清楚，如何能夠做好協調調度的工作？現在放眼望去美國政府裡的高官哪一個不是這樣的貨色，你難道還相信狗嘴裡能吐出象牙不成？別忘了星球大戰計劃投了那麼多錢，最後還不是失敗了。