量子通讯争议：量子派和经典派谁会笑到最后？

量子通讯争议的双方是经典派和量子派，他们对保密通讯有两种不同的看法：经典派采用的是数学方法，赌的是你随便听、反正你解不了密；量子派采用物理方法，赌的是只要你偷听、我就能知道。最近几年，量子派在学术界的风头很劲，而经典派只能在网上搞些争议。

上次我在《量子保密通讯，经典派陷入的N个误区》中提到，量子通讯争议中，经典派在战略上太托大（没有重量级的人物站台），在战术上太自大（对量子密钥传输的技术细节研究不够透彻，与量子物理学的理论基础相悖），所以在辩论中落在下风、搞得灰头土脸的。

那么大家就要问了：照你这么说，量子派完胜！还争议啥？散了散了，都回家吃瓜算了。然而，事情并没有这么简单。

量子派的罩门在哪里？

成也萧何，败也萧何。

天底下没有完美无缺的事情，有一利必有一弊，量子通讯也不例外，量子派同样是既有优点，也有缺点。在我看来，量子派一大优点是宣传搞得好，而最大的缺点是宣传搞得太好了。

量子派的优势

首先，量子通讯的宣传确实搞得好，这为量子通讯成为一个热门社会话题立下了大功。

贝尔不等式把量子力学的争论从哲学思辨领域带入了实验验证领域，BB84协议第一次给出了一种理论上的方法检验是否有人在偷听，这些都是了不起的理论贡献，其具体实现也是伟大的实验进展。然而，自从在实验室验证了BB84协议，之后的发展都是直截了当的：试用不同的单光子源，或者换用纠缠光子源；提高单光子源或纠缠光子源的效率；用单光子干涉态替换偏振态；试用不同的单光子探测器并提高其效率；改用新的通讯协议（如诱骗态协议）；延长量子通讯的距离。但这些主要是工程方面的进展，以延长通讯距离为例，如果张三和李四能够在一个屋子里实现量子通讯，那么他们搬到马路对面的两个屋子里，在一个城市的两端，两个不同的城市，甚至一个在天一个在地，张三和李四采用的设备都不用变化，需要考虑的问题只是光信号的损耗——光纤通讯中光纤的吸收或者自由空间通讯中光的衍射和空气的吸收。其中确实有很多非常有挑战性的工程问题，但都难以算是科学问题，不知道为什么会那么引人注目。

再看看关于量子通讯“漏洞”的讨论。量子通讯领域讨论的攻击，都是极限状态下的攻击，给王麻子的权限非常高，只要不违反自然规律，都可以使用——有时甚至赋予他一些超自然的力量。例如之前说过的“探测器致盲攻击”和“注入攻击”，王麻子发出一束很强的光照进张三或者李四的工作室里，可是张三和李四愣是“装作没看见”，煞有介事地讨论王麻子造成的“漏洞”问题。再如“光子数分离”（PNS）攻击，王麻子不但拥有神奇的“剥皮”功能（从同时过路的几个光子中“扣下”一个或几个，还能让剩下的几个毫发无损地“走人”）和强大的量子存储能力（长时间的把光子保存下来，因为必须等到张三和李四用大喇叭喊话以后才能进行测量），还要具有逆天的无损耗传输光子的能力（否则王麻子扣下一个光子，李四在那边数数就会发现自己经常性地丢失光子——肯定是有人捣乱了），这种通敌行径简直是“令人发指”。量子派唯一的底线是承认，完全的中间人攻击是无法抵抗的，但这相当于说王麻子切断张三和李四之间所有的通讯途径（不管是量子的还是经典的，不管是喊大喇叭，还是递小纸条），这完全是予取予求的架势，根本不是势均力敌的对抗。

更别说那些经常出现在科普文章里的量子力学（特别是量子纠缠）的神奇解释了。这种讨论进行得热火朝天，仿佛连玻尔和爱因斯坦都恨不得从天堂里跳下来，抱着薛定谔的那只猫来参加讨论。

现在有些明白了，这些都是宣传的技巧。量子派激烈地讨论这个“漏洞”、那个“攻击”，给王麻子赋予各种神奇的能力，其实是因为量子通讯在发现是否有人偷听这方面毫无漏洞，而其真正的短板在其他方面：一是信息的传送速率太低、可能会让人急死；另一个是量子通讯只是信息安全系统这个整体的一部分，并不能包打天下。

所以说，量子派依靠宣传成功地将人们的注意力集中在了它最擅长的方面：发现偷听者。

量子通讯的短板

量子派当然也知道自己的短板，也在努力想办法。例如，真正的高效率的单光子源（每次按需发射1个且只有1个光子）目前还没有实现，大多是用衰减脉冲激光束的方法近似实现，如果衰减足够大，就可以近似地看成单光子源，如平均每束光里只有0．1个光子，也就是说，每10次发射只有1次有1个光子，其他9次都是空的，那么100次发射才会出现1次有2个光子的情况（以此类推，1000次中有10次2个光子，1次3个光子，等等），如果觉得还不够，就让每束光里只含有0．01个光子（发射100次，只有1次有光子，其他99次都是空的）。这样能够满足BB84协议的要求，但是传输效率太低。为了提高传输效率，就要提高每束光里的平均光子数，但是，一次发射出现多个光子的次数就会显著增多，为了抵御“光子数分离”攻击，才提出了诱骗态协议。简而言之，BB84协议是，0个和1个有显著的差别，有就是有、没有就是没有，谁都别想骗我；诱骗态协议是，1个和3个（随便说的一个数，只要这个数很小就可以了）也有些差别，王麻子拿走一个两个的，我还是能发现的。在诱骗态协议里，每次发射的平均光子数仍然是1的量级（例如0．5或者0．7，绝对不是10或者100，丢了一个还是会有显著结果的），但是已经比0．1和0．01好得多了，而且也能够发现是否有人在偷听。

正是因为有了诱骗态协议，量子通讯的有效传输范围才能够从二三十千米拓展到上百千米。京沪干线总长度是2000多千米，有32个中继站，两站之间的距离约是七八十千米。利用纠缠光子源，可以让张三和李四的通话距离加倍，因为纠缠光子源位于这两个人的中间，同时向他们各自发射一个偏振关联的光子（纠缠光子对就是这个意思）。这种方法能够达到的距离是有上限的，主要来自于传输过程中的光损耗：基于光纤的量子通讯系统，目前最远的传输距离是400千米，而传码率只有可怜的每小时1比特；基于墨子号卫星的系统，两年前大约是每秒1万比特（我在卫星发射前的估计是每秒钟几千比特），现在据说达到了每秒40万比特（这个可能是基于单光子通讯的星地传输，而不是地面两个基站之间通过卫星中介的信息传输）。

至于量子通讯只管张三和李四这一段，如果组成通讯网络必须考虑各个站点的保密问题，这是显而易见的，量子派肯定知道这一点，而且并不觉得这真的是个问题——只要采用经典派现成的技术就可以了。量子通讯并不是只能用量子方法，量子方法只是整个信息安全体系的一个有机部分。为了系统的总体目标，当然是可以无所不用其极——你凭什么限制我？

但是话说回来，量子派在成功宣传的同时，也留下了一些后患——他们的宣传太成功了，让很多人（包括出来反对量子派的经典派人物）以为，量子通讯具有“绝对安全性”、甚至能够包打一切，结果量子派给自己挖了一个坑，一个很深很大的坑。

孰吉孰凶？孰去孰从？

说到这里，不免想戏谑一下经典派和量子派。上次我们提到：因为出来唱反调的经典派犯了一些非常简单的错误，还试图推翻量子力学的基础，简直不忍直视，看上去就跟量子派的“托儿”似的——好像就是为了制造有争议的假象，让人们的注意力集中在量子派的优势方面。不过“经典派”可能也棋高一着呢，他们一直没有大人物出来站台，也许是因为大人物早就看清形势了：你们量子派闹得再凶，也不可能包打天下，将来还是要用经典方法和经典网络。

我觉得，量子通讯争议这件事有些像谈恋爱。天天到公主窗前送鲜花、唱情歌的，并不一定能抱得美人归。就算你歌唱得再好、海豚音飚得再高，也只能赢得吃瓜群众的喝彩，而真正的白马王子可能早就登门入室、与公主共进烛光晚餐了——人家才不会出来和你赛歌呢，最多给你个神秘的微笑。

量子派也许只是个飙海豚音的，人家经典派才是真正入洞房的！

简而言之，量子派既有优点，也有缺点。量子派最大的优点是宣传搞得好，成功地将人们的注意力集中在他最擅长的方面——发现偷听者。量子派最大的缺点是宣传搞得太好了，成功地让许多人以为，量子通讯具有“绝对安全性”、甚至能够包打一切，给自己挖了一个坑，一个很深很大的坑。

上次说过，现在关于量子通讯的争议虽然很热闹，但怎么看都像鸡同鸭讲，让人看了着急！现在我们看到，经典派有经典派的误区，量子派有量子派的罩门，那么，量子通讯争议将来会怎么发展，也就显而易见了。