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量子通讯是否真的无懈可击？
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　　文|曹正军
　　8月16日凌晨，中国首颗在甘肃酒泉卫星中心发射升空。它同时是世界上首颗量子卫星，中国成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家，加上今年下半年建成的地面光纤量子通信网络，国内将初步建成广域量子通信体系。
　　在理论上，这种不可窃听不可复制的信息传输方式，可以保证信息传输的绝对安全，这是唯一一种从物理上保证信息安全的方式，和过去以计算复杂性为基础的传统密码通信相比，显然要高明的多。
　　但是现实上，量子通信究竟是什么，它是不是真的能够保证信息安全，在密码学界一直存在争议。上海大学数学系的密码专家曹正军看来，这种看似无懈可击的通信方式，实际上是以牺牲信号稳定性为代价的，一旦存在敌方的任何形式的入侵行为，不管是窃听、复制还是干扰，量子通信都将无法实现，而传统的密码体系，都是假设敌方可以获取信息，但是从计算复杂性上让敌方无法破解。
　　“如果敌手消失了，那么任何密码技术都是多余的。”在他看来，从这个意义上说，量子通信可以说是只要有敌方存在就办不了事，而这样的系统，最终也只能沦为摆设。
　　量子通讯主要是指利用量子态作为传输介质来协商临时密钥--经典的比特串，该临时密钥可以作为对称密码系统（如AES）的加密密钥。传统密码学假设敌手获得了所有的通讯信号，在此假设下研究如何阻止敌手获得蕴藏在信号中的信息，它的研究目标是信息安全。
　　量子密码学能够阻止敌手窃得通讯信号，它的研究目标是信号安全。信号安全真的能保证信息安全吗？
　　量子通讯研究始于Bennett和Brassard提出的BB84协议。
　　1984年, IBM公司的研究人员Bennett和蒙特利尔大学的学者Brassard在印度召开的一个国际学术会议上提交了一篇论文《量子密码学:公钥分发和拋币》(Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing)。
　　BB84协议的原理，是由A向B发射一系列不同偏振态的光子，B对其进行随机测量，然后选取符合A要求的测量结果作为密码，在验证密码的过程中，如果存在窃听行为，可以从测量结果的错误率中发现。
　　文章宣称量子密码学能够发现窃听行为，是绝对安全的。其理论基础是量子力学的测不准原理。
　　因为一个未知的量子态是无法复制的，一旦敌手试图窃听量子信号，将有一半的机会改变发送方发送的量子态，所以接收方就会无法正确地恢复出发送端发送的信号。
　　发送双方事后通过一个传统信道进行公开比对，如果发现双方在采用同样的测量方案时测得的量子态是不一致的，就可以断言量子信道上有窃听者。量子密码学的目的是阻止敌手获得信号，是一种物理手段。
　　该协议一直被称为量子密钥分发，实际上就是利用量子态来协商临时密钥，得到的是普通的比特串，而不是某些人想象的量子比特串。
　　量子密钥分发这种叫法本身就是错误的，正确的叫法应该是量子密钥协商。他们没有认识到密钥分发和密钥协商之间的差别，把一个简单的密码模型误认成一个复杂的密码模型。
　　密钥分发是把预先存在的一些密钥分发出去。密钥协商则是用户之间通过信息交互商定一个共同的密钥，这个密钥事先并不存在。显然密钥分发比密钥协商更困难。他们的后继者也没有认识到这个错误，还很冒失地把量子密钥协商叫做量子密钥分享。很多从事量子通讯研究的物理人士还缺乏必要的密码知识与通讯知识。
　　目前实际通信中使用的，都是混合密码体制，先用公钥密码（如RSA）来传递临时密钥，再把临时密钥作为对称密码系统（如AES）的密钥来加密文本。现有公钥密码体制基本上依赖于两个数学难题：大数分解和离散对数。
　　虽然利用利用量子计算机的Shor算法宣称在多项式时间内不仅能分解大整数，还能够求解离散对数。这也是Shor算法能够破解所有公钥密码体制的由来。但二十多年来的量子计算理论发展及实践是令人沮丧的，破解公钥密码仍然遥不可及。
　　在传统的密码学中，敌手分为两种类型：被动型的敌手和主动型的敌手。在攻击一个密码系统时，往往先窃听，获得所有的通讯信号后再加以破译，以便恢复出蕴藏在信号中的信息，这种攻击称之为被动型攻击。
　　一个恶意的敌手会通过物理技术手段篡改或破坏通讯信号，以便欺骗用户或者使得用户无法达成有效的通讯，这种攻击称之为主动型攻击。
　　量子通讯从物理上剥夺了敌手窃取信号的能力，敌手的窃听行为直接破坏了量子信号，因此量子密码学中的敌手都是主动型的敌手。有些人认为在量子通讯时一旦发现了敌手就可以暂时中断通讯，等敌手消失时再恢复通讯。这种想法是错误的。密码学总是假设敌手一直存在的，如果敌手消失了，那么任何密码技术都是多余的。
　　通讯的首要目的是稳定性，即接收方能够正确地恢复出发送方发送的信号。传统密码学立足于信息安全，主要包括机密性和认证。就机密性而言，目的是阻止敌手获得蕴藏在信号中的信息，是一种智力手段。一个信息安全系统虽然不能从物理上削弱敌手窃取信号的能力，但是能够从智力上保证敌手无法获得蕴藏在信号中的信息，即信息安全与通讯系统的稳定性是兼容的。
　　量子密码学立足于信号安全，从物理上剥夺了敌手窃取信号的能力。在有敌手窃听的情况下，量子通讯无法保证接收方获得正确的信号，也就是说信号安全与通讯系统的稳定性是不兼容的。
　　量子通讯的信号安全是以牺牲通讯的稳定性为代价的，有了敌手就干不成事的量子通讯系统最终也只能沦为一个摆设。
　　作者为上海大学理学院副教授 密码学专家，本文为个人观点
责任编辑：崔筝 | 版面编辑：李丽莎
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&讨论一下量子通信，潘建伟是骗子还是神人？
来自：保密
发帖：60＋4427
这个量子通信，玄而又玄。中国量子卫星都要发射了。中国高层对此信心满满，但外面却是一片质疑声！会是第二个汉芯么？一个庞大的骗局？
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...楼主...
来自：上海
骗到不至于，都是和国外大学合作的，不过不会出什么有实用价值的成果的，量子编码理论现在还在探索阶段，门路都还没摸清呢，这种项目都是探索性质的
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这个家伙很懒，什么也没留下......
来自：上海
发帖：0＋29
现在基于量子的京沪干线已经建好了，正在给银行提供服务呢。-==kds官方Android客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
来自：上海
现在基于量子的京沪干线已经建好了，正在给银行提供服务呢。-==kds官方Android客户端==-引用自2楼:这个纯粹就是个展示性质的东西，银行全套系统都是ibm的，ibm不派人过来，银行那帮子人自己都搞不懂
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这个家伙很懒，什么也没留下......
来自：上海
发帖：24＋776
相关的理论和实验已经搞得差不多，才会上卫星，进行接近实际应用的实验-==kds触屏站==-
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来自：上海
发帖：195＋3079
不需要发卫星来证明的
有类似u2高空侦察机 飞到20公里以上
和低轨道卫星 没有太大区别
测试间距 有200公里就可以了-==kds触屏站==-
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canon IXUS 1000HS
来自：上海
发帖：195＋3080
如果一定要卫星在潜艇正上方区域
说明有指向性太明显
这个技术本身价值不高的-==kds触屏站==-
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canon IXUS 1000HS
来自：上海
发帖：369＋3913
其实只要卫星上有片高折射率的镜子就可以用了。国外都用现成的卫星实验过了。-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
来自：上海
发帖：195＋3081
楼上脑子有病
靠镜子反射的？奇葩
本来就是2个暗箱操作的装置 不靠无线电波-==kds触屏站==-
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canon IXUS 1000HS
来自：上海
发帖：369＋3917
意大利帕多瓦大学的一组研究人员日前通过对4个在轨飞行卫星的实验，证实了卫星之间以及卫星与地面站之间进行量子通信是完全可能的。相关论文发表在著名的预印本网站arXiv上，该研究为基于卫星的广域量子通信提供了广阔的想象空间。
科学家们已经找到了通过光纤进行量子信息传输的方法，并获得了成功。但由于光子在玻璃中的传输会发生一定程度的衰减，这种方法在传输距离上目前还比较有限。此外，也有科学家直接通过空气进行两点之间的量子信息传输，但干扰等问题的存在，仍然极大地限制了量子通信的距离。目前量子态隐形传输最远的记录只有144公里。
太空量子通信更是难上加难。因为量子信号在通过地球大气层时产生的错误率会远超过11%的阈值，而超出了这个极限，量子密码就无法正常工作。因此，不少科学家都认为地球与太空之间的量子通信是不可行的。
物理学家组织网7月1日的报道称，新研究中，意大利的研究小组试图改变这一成见。该小组发现了一种利用现有卫星实现量子通信实验的方法，并精心挑选出了4个在轨运行的卫星，它们都具有能够反射光子的金属立体角反射镜。研究人员认为，借助这些卫星保留光子的极化，将能够让太空量子通信成为可能。为了对比实验结果，他们还选择了另一个没有立体角反射镜的卫星。
当卫星过顶时，研究人员在意大利的马特拉激光测距观测站向所有的卫星都发出了光子信号，并测定卫星何时能将数据返回。研究人员发现正如预期的那样，没有立体角反射镜的对照卫星出现了高达50%左右的错误率，而另外4个具有立体角反射镜的卫星，数据错误率全部都低于11%的阈值。这表明，这些卫星能够产生连贯的光子信号，并与地面站之间进行完全安全的量子通信（利用量子密钥分配）。
研究人员称，中国计划在2016年将全球首颗“量子通讯卫星”送入轨道，还有其他国家也有类似的计划，并正在进行实验，量子通信领域的更多进展将在未来几年集中显现。（来源：科技日报 王小龙）-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
来自：上海
发帖：369＋3918
from 2014年-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...10楼...
来自：上海
发帖：195＋3082
这种是光子通信 还是靠光子有方向的发射
帮量子浑身不搭界的-==kds触屏站==-
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canon IXUS 1000HS
...11楼...
来自：上海
发帖：369＋3919
那你倒是说说看，潘总如果不用上面简单低成本现成的方案。反倒是用了怎么样梦幻的方案呢？-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...12楼...
来自：上海
这种是光子通信 还是靠光子有方向的发射 帮量子浑身不搭界的-==kds触屏站==-引用自11楼:[/color]你当量子是一种另外的粒子吗？
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...13楼...
来自：上海
发帖：89＋16345
山上的键盘砖家什么都懂啊
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你什么咖啊？！敢射我脸上。。。
...14楼...
来自：上海
发帖：101＋1115
巧了，上个月刚去过他们工厂，在浙江磐安，会议室里挂满了几位领导人的合影-==kds触屏站==-
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物质决定意识!!!
...15楼...
来自：上海
发帖：195＋3084
这种标准的低功率激光通信
我当是 核潜艇水下航行能用的？-==kds触屏站==-
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canon IXUS 1000HS
...16楼...
来自：上海
发帖：369＋3921
不就需要一个直线无干扰的反射源么~没那么悬，量子通信的价值还不如重力波。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...17楼...
来自：保密
发帖：60＋4430
不就需要一个直线无干扰的反射源么~没那么悬，量子通信的价值还不如重力波。引用自17楼:[/color]你完全错了，好好找个科普文章看看吧。理论上远在天边的两个纠缠粒子，无论他们之间间隔千山万水，甚至是宇宙两端，只要一端有变化，另一端也会立即产生相对应的变化。这就是爱因斯坦为什么绝不相信量子通信的原因，爱因斯坦都想不通，你们竟然认为没那么悬？？？
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...18楼...
来自：保密
发帖：60＋4431
巧了，上个月刚去过他们工厂，在浙江磐安，会议室里挂满了几位领导人的合影-==kds触屏站==-引用自15楼:唉，那我反而有不详的预感了
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...19楼...
来自：上海
发帖：85＋4728
看了LS的帖子，再也不相信此山是三校山了，分明是国家智库。
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四月满山皆春绿，自赏尤闻啼。
...20楼...
来自：上海
发帖：11＋18
潘建伟是科大未来的校长人选，说骗子太那个了吧。。。-==kds官方Android客户端==-
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...21楼...
来自：上海
发帖：29＋174
科技山、土豪山，还有什么山，大家补充-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...22楼...
来自：上海
发帖：9＋255
科技山、土豪山，还有什么山，大家补充-==kds官方iPhone客户端==- 引用自#22楼:中世纪灰尘(jxsrzlw)或胖山、
-==kds官方Android客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...23楼...
来自：上海
发帖：7＋33
马克学习。
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拳打丰田，脚踩大众，扬我民族品牌：BY-D，中华、奇瑞……走出国门，走出亚洲，冲向世界。
...24楼...
来自：上海
发帖：1＋648
宇宙科技国，科技领先宇宙-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...25楼...
来自：上海
发帖：9＋1147
发颗卫星试试看又有什么关系？山上的3500纳税人又要来质疑了？
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一场故事一场梦，一觉醒来了无痕
...26楼...
来自：保密
发帖：60＋4435
发颗卫星试试看又有什么关系？山上的3500纳税人又要来质疑了？引用自26楼:我认为普通人质疑是正常的，毕竟爱因斯坦这种神人是一直不相信的。但愿真的是为了科学实验，怕就怕只是造势为某些团体谋私利，量子相关版块已经开始热起来了。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...27楼...
来自：上海
发帖：7＋1061
不就需要一个直线无干扰的反射源么~没那么悬，量子通信的价值还不如重力波。引用自17楼:你完全错了，好好找个科普文章看看吧。理论上远在天边的两个纠缠粒子，无论他们之间间隔千山万水，甚至是宇宙两端，只要一端有变化，另一端也会立即产生相对应的变化。这就是爱因斯坦为什么绝不相信量子通信的原因，爱因斯坦都想不通，你们竟然认为没那么悬？？？引用自18楼:[/color]潘的研究方向不是利用‘量子纠缠’来通讯，他的研究只是利用‘量子状态不可复制’的原则来利用量子发送信息。特定处理模式下具体的量子会有固定的展现形式，将该量子发送到另一端，利用同样的处理模式就能复现该量子所带的信息如果量子被外部系统非法截获，由于不同的处理模式会导致干扰，干扰会使量子状态改变，即无法得到相应的信息。所以潘的系统才有 ‘量子传输’的要求，才有距离和精度问题。利用‘量子纠缠’的通讯则无此问题。
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外来人口抢了你的工作？好吧，如果一个没人脉、没钱、连本地的语言都不会的人都能抢了你的工作，你可真是牛逼死了。
...28楼...
来自：上海
发帖：369＋3925
量子玄不玄跟我完全无关好哇。就像石墨烯也会出现替代品。但为这种不成熟的技术炒作本来就是不对的，还不如把焦点集中到天琴上。-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...29楼...
来自：上海
发帖：450＋8305
不就需要一个直线无干扰的反射源么~没那么悬，量子通信的价值还不如重力波。 引用自17楼: 你完全错了，好好找个科普文章看看吧。 理论上远在天边的两个纠缠粒子，无论他们之间间隔千山万水，甚至是宇宙两端，只要一端有变化，另一端也会立即产生相对应的变化。 这就是爱因斯坦为什么绝不相信量子通信的原因，爱因斯坦都想不通，你们竟然认为没那么悬？？？ 引用自18楼: 潘的研究方向不是利用‘量子纠缠’来通讯，他的研究只是利用‘量子状态不可复制’的原则来利用量子发送信息。 特定处理模式下具体的量子会有固定的展现形式，将该量子发送到另一端，利用同样的处理模式就能复现该量子所带的信息 如果量子被外部系统非法截获，由于不同的处理模式会导致干扰，干扰会使量子状态改变，即无法得到相应的信息。 所以潘的系统才有 ‘量子传输’的要求，才有距离和精度问题。 利用‘量子纠缠’的通讯则无此问题。 引用自28楼:来福士决斗(whirl)
怎么才能得到量子纠缠的现象？这个是怎么发现的？-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...30楼...
来自：上海
发帖：369＋3926
即使国外，也没有必要发射一颗专门的卫星来进行实验。利用现存的卫星就能实现实验。何况国外技术起码比中国领先5年。投资这种项目其实质就是和丰城家最终被家康诱骗到处修寺庙没啥区别，不过是消耗资金而已。-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...31楼...
来自：上海
发帖：19＋3262
这种标准的低功率激光通信 我当是 核潜艇水下航行能用的？-==kds触屏站==- 引用自#16楼:中国@声浪(DDR_RAM)
中国已经解决了远洋水下通讯技术。
-==kds官方Android客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...32楼...
来自：上海
发帖：267＋5649
28楼是正解。
关键是不可复制。而且量子通信目前是用在发送密钥，实际数据量不大。
量子纠缠目前无法被用在通讯上。
大家都知道薛定谔的猫，量子纠缠可以看成一对互相纠缠的薛定谔的猫，一只发生改变，另一只随之改变，且速度据称超过一万倍的光速，但关键在于，信息接收端一旦观察了这只猫，量子的形态就塌缩了，量子纠缠随之结束。两大问题在于，量子纠缠是否在观察端观察是是否能被观察到正确信息，以及量子纠缠是否能够在观察后得以延续。个人认为这个要在新的物理理论发现之后才得以解决了。-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...33楼...
来自：上海
发帖：369＋3927
所以么说到底，通讯最终是靠重力波的。量子过最多做做加密而已。放了个大焰火而已。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...34楼...
来自：上海
发帖：267＋5650
所以么说到底，通讯最终是靠重力波的。量子过最多做做加密而已。所以卫星的名字应当是量子加密卫星，而不是量子通讯卫星。加了通讯就是骗人的。-==kds触屏站==-
这个瞎来来了。重力波也只是最近才被观察到，应用遥遥无期着呢。
量子密钥当然可以说是量子通讯了，这个没说错，只是很多人想当然认为非常科幻而已。当然，土鳖目前到研究也是国际上很前沿的了。这个没什么好黑的。-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...35楼...
来自：上海
发帖：369＋3928
****的核技术也是国际前沿了。有意义么？2014年这个时间节点也是逃不掉的。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...36楼...
来自：上海
发帖：369＋3929
重力波如果瞎来来，那天琴又是啥？相比量子卫星，天琴更靠谱。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...37楼...
来自：上海
发帖：20＋2548
不就需要一个直线无干扰的反射源么~没那么悬，量子通信的价值还不如重力波。引用自17楼:你完全错了，好好找个科普文章看看吧。理论上远在天边的两个纠缠粒子，无论他们之间间隔千山万水，甚至是宇宙两端，只要一端有变化，另一端也会立即产生相对应的变化。这就是爱因斯坦为什么绝不相信量子通信的原因，爱因斯坦都想不通，你们竟然认为没那么悬？？？引用自18楼:[/color]你说的是纠缠，这个完全不是超光速的纠缠作用，而是算密码学范畴的，所以传输速度还是受限于光速。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...38楼...
来自：上海
发帖：267＋5651
重力波如果瞎来来，那天琴又是啥？相比量子卫星，天琴更靠谱。引用自37楼:我是跟着你话头说的，你说“通讯最终是靠重力波”，我说重力波通许遥遥无期。你又扯到天琴，天琴是重力波探测计划好不好？哪里跟通讯沾边了？算了，不跟你扯了，我跟一喷子好好说话，我也是太空了。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...39楼...
来自：上海
发帖：26＋641
什么乱七八糟的，这次卫星是用量子不确定性加密而已。跟量子纠缠远距离通讯没一毛钱关系，如果是用量子纠缠通信，还用得着发卫星么？地上就行
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...40楼...
来自：上海
发帖：369＋3930
量子不确定性做加密，地上就行了。你只要观测箱里的量子变化来生成无穷多的密匙。要卫星干嘛？-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...41楼...
来自：上海
发帖：46＋3359
划胖山什么都懂啊。-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...42楼...
来自：上海
发帖：20＋2552
重力波的速度也是受限于光速的。
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...43楼...
来自：上海
发帖：350＋3459
现在基于量子的京沪干线已经建好了，正在给银行提供服务呢。-==kds官方Android客户端==- 引用自2楼: 这个纯粹就是个展示性质的东西，银行全套系统都是ibm的，ibm不派人过来，银行那帮子人自己都搞不懂 引用自3楼:feverzsj(feverzsj)
10年前你这么说还靠谱-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...44楼...
来自：上海
发帖：2＋732
中国么就骗子和傻子多-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...45楼...
来自：上海
发帖：369＋3931
重力波受限于光速，但不受限于空间和角度-==kds触屏站==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...46楼...
来自：上海
发帖：8＋37
28楼是正解。 关键是不可复制。而且量子通信目前是用在发送密钥，实际数据量不大。 量子纠缠目前无法被用在通讯上。 大家都知道薛定谔的猫，量子纠缠可以看成一对互相纠缠的薛定谔的猫，一只发生改变，另一只随之改变，且速度据称超过一万倍的光速，但关键在于，信息接收端一旦观察了这只猫，量子的形态就塌缩了，量子纠缠随之结束。两大问题在于，量子纠缠是否在观察端观察是是否能被观察到正确信息，以及量子纠缠是否能够在观察后得以延续。个人认为这个要在新的物理理论发现之后才得以解决了。-==kds触屏站==-引用自33楼:我一直以为是real time，不止超过一万倍的光速。
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拳打丰田，脚踩大众，扬我民族品牌：BY-D，中华、奇瑞……走出国门，走出亚洲，冲向世界。
...47楼...
来自：上海
发帖：2＋232
看了LS的帖子，再也不相信此山是三校山了，分明是国家智库。 引用自20楼:严肃认真(wsecust)
-==kds官方iPhone客户端==-
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这个家伙很懒，什么也没留下......
...48楼...
来自：上海
发帖：7＋1062
即使国外，也没有必要发射一颗专门的卫星来进行实验。利用现存的卫星就能实现实验。何况国外技术起码比中国领先5年。投资这种项目其实质就是和丰城家最终被家康诱骗到处修寺庙没啥区别，不过是消耗资金而已。-==kds触屏站==-引用自31楼:不要乱讲，什么国外技术起码比中国领先5年这种话只是显得你无知。
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外来人口抢了你的工作？好吧，如果一个没人脉、没钱、连本地的语言都不会的人都能抢了你的工作，你可真是牛逼死了。
...49楼...
首先，请你以一种，团成一个团的姿势，然后，慢慢地比较圆润的方式，离开这座让你讨厌的城市，或者讨厌的人的周围首先，请你以一种，团成一个团的姿势，然后，慢慢地比较圆润的方式，离开这座让你讨厌的城市，或者讨厌的人的周围
讨论一下量子通信，潘建伟是骗子还是神人？
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