量子密鑰真的安全嗎?科學家在小鼠大腦中找到冬眠開關

2021-01-15 粵好看科技

量子密鑰分發(以下簡稱「量子密碼」)的安全性一直是量子通信領域的研究重點,也是公眾關注的熱點。在該領域主流學術圈內,歐洲學者Renato Renner等人主張的「跡距離」作為量子密碼的安全性標準。

已被普遍接受(跡距離是量子力學中用來衡量兩個量子體系相似程度的度量工具,跡距離越小,相似程度越大。在量子密碼中,跡距離刻畫了生成的最終密鑰串和完全隨機的理想密鑰串之間的相似程度)。

在早些年美國西北大學Horace P.Yuen教授曾質疑跡距離這一現已普遍使用標準的安全性:在跡距離為10-9時,他得出量子密鑰被竊聽者猜中概率的一個上界值10-6,並因10-6這個值太大而質疑量子密碼的安全性(猜中概率指竊聽者成功猜中最終密鑰串的概率)。

近年來,上述基於猜中概率上界值的「質疑」被一些自媒體大肆渲染,誤導了大眾對量子密碼及量子通信安全性的認知,也讓量子通信處於爭議的風口浪尖。

「質疑者」在這裡犯了一個邏輯錯誤。事實上:10-6並不是竊聽者可達到的值,而是一個達不到的上界值,它的含義是:任何竊聽者對密鑰的猜中概率一定小於10-6 。

或者說,雖然10-6這個值本身較大而不能被視為安全值,但是,Yuen的結果並不是說竊聽者對密鑰的猜中概率能夠達到10-6 ,而是肯定不能達到,這當然不能證明在猜中概率標準下量子密鑰是不安全的。

道理很顯然:如果竊聽者的實際猜中概率只有10-1000(這樣的值是安全的),那也是小於10-6的。事實上,如果不作任何努力,任何人對任何密鑰都可以說,竊聽者的猜中概率不超過百分之百。

百分之百這個上界值在數學上當然是對的,這個值很大(是任何概率的最大可能值),它能說明任何密鑰都是不安全的嗎?當然不能。所以,我們只能說這個結果本身太弱而沒有科學價值,不足以據此「質疑」任何密鑰的安全性。

科學家首次在小鼠大腦中找到「冬眠開關」

近日,頂尖學術期刊《自然》在線發表了兩篇研究論文,來自美國哈佛醫學院和日本筑波大學的兩支研究團隊,「背靠背」在小鼠的大腦中找到一群特殊的神經細胞,對體溫控制起著關鍵作用。

人為激活這些神經細胞,可以觸發小鼠進入類似冬眠的狀態,讓體溫和能量消耗都大大降低。並且,動物從這種狀態恢復後,沒有出現組織器官和行為異常。研究人員希望,基於這一發現,可以在人類身上實現「人工冬眠」。

大自然中,蛙、蛇、熊等動物可以在嚴酷的冬天、食物短缺的季節或是其他極端條件下,通過冬眠行為(季節性休眠)生存下來。與日常的睡眠不同,冬眠涉及全身生理變化,心跳減慢、呼吸變弱,耗氧量更少,體溫還會顯著下降。

為什麼有的動物會冬眠、有的動物不冬眠?這個問題不僅讓五六歲小孩子好奇,也激發了很多科學家為之探索。研究人員指出,冬眠研究困難的一個原因是,常用的實驗動物小鼠、大鼠並不冬眠。

不過,哈佛醫學院Michael Greenberg教授帶領的研究團隊注意到,小鼠在食物匱乏、周圍又冷時,會進入一種短暫的麻木萎靡(torpor)狀態。在環境溫度低至22℃時,24小時餓肚子的小鼠核心體溫會降低,代謝率和身體活動也顯著下降,相比之下,吃飽的小鼠能夠保持正常體溫。

研究小組利用神經元活性的生物標記物,在小鼠的腦中尋找那些在進入麻木狀態時會被激活的神經元。在此過程中,他們把搜尋範圍集中在了下丘腦,也就是負責體溫調節、飢餓、乾渴、激素分泌等功能的腦區。研究人員在下丘腦的數百個不同區域,一一確認哪些區域的神經元在被激活後會引起小鼠麻木。

艱苦搜尋之下,他們最終在下丘腦的一個特定區域(內外側視前區),確定了一組神經元。僅僅刺激這組神經元,就能讓小鼠體溫迅速降低,活動大大減少;而抑制這些神經元的活性時,還可以避免飢餓小鼠進入麻木狀態。研究人員繼而通過單細胞RNA測序等方法,鑑定出這組神經元表達哪些標誌性蛋白,比如神經遞質等。

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