
潛水艇非常擅長躲避探測。事實上,當它們潛入水下時,與外界聯繫極其不便,很難與向其提供命令和資訊的海軍基地保持聯繫,也很難將訊息傳回基地。但一種新的量子通訊解決方案有望改變這一切,使水下潛艇能夠通過雷射脈衝,經由衛星交換加密金鑰和資訊進行通訊。
目前,潛艇使用隨機生成的代碼或“密鑰”來加密訊息。這些代碼事先在潛艇與其通訊基地之間建立,每個代碼僅使用一次,以防止敵人破解代碼並用於破解未來的通訊。
但這存在諸多問題。首先,後勤保障十分繁瑣。執行長期任務的潛艇必須攜帶大量鑰匙,一旦被敵方俘獲,這些鑰匙很可能會落入敵手。此外,即使配備了充足的安全鑰匙,潛艦與基地之間的通訊速度也極為緩慢。為了穿透水面,發射器必須使用極低頻的無線電波。這種頻率每秒只能傳送幾個字元。當世界其他地區(包括戰場)的通訊速度快速時,潛艇卻只能使用撥接上網。為了快速或批量地收發訊息,潛艇必須浮出水面,這會使它們暴露在外,變得極其脆弱。
但國防公司 ITT 的研究人員提出了一個想法。利用量子金鑰分發,使用者可以將金鑰編碼到光子中(利用光子的偏振來表示 1 和 0),從而產生幾乎無法破解的金鑰——任何攔截光子的嘗試都會以可測量的方式擾亂量子系統,從而提醒發送方和接收方有第三方正在監聽(這通常是透過量子糾纏實現的)。
建立起安全密鑰後,潛艦理論上至少可以在水下幾百英尺處停留,並透過雷射向衛星傳輸光子,再由衛星將光子反射回地面基地。研究人員的模擬結果表明,該系統能夠在潛艇水下航行時以每秒 170 兆位元組的速率發送和接收資料。這足以拍攝影片了。
當然,首先你得弄清楚光子在水中傳播時,其量子態的保持情況究竟如何,因為任何擾亂量子系統的偏差都會使系統變得不安全(也毫無意義)。其次,你需要一顆能夠接收和轉發量子加密訊號的衛星——同樣,前提是不能擾亂光子的量子態。換句話說,這項技術距離實戰應用還很遙遠。但它或許有一天能將高速、安全的資料傳輸帶到目前無法企及的深度。
《新科學家》