這是Sheldon的第92篇漫畫，所有圖片大約2.3MB。
在 1960 年代，有一個名叫威斯納（ Stephen Wiesner ）的本科生，他在美國布蘭蒂斯大學(xué)上學(xué)時，就開始對量子物理學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。一般的本科生學(xué)了量子物理學(xué)以后，通常也就是放幾句“將來我要拿諾貝爾獎”的狂言，然后灰溜溜地畢業(yè)滾蛋。但威斯納與眾不同，他學(xué)會量子物理學(xué)后，忽然想到一個能發(fā)財(cái)?shù)狞c(diǎn)子！
原來，在量子物理學(xué)中有一個奇怪的定理，叫作 “量子不可克隆定理” 。它的意思是說，如果你制造了一個量子態(tài) X ，并且對外界保密，那么任何人都不可能像我們用 Ctrl + C 、Ctrl + V 那樣，克隆一個跟它一模一樣的量子態(tài)出來。
知道了這個原理后，威斯納忽然想到一個辦法，可以把它應(yīng)用到實(shí)際生活中。威斯納想，市面上不是有很多假鈔嗎？如果我制造一種量子鈔票，像打水印一樣往每張鈔票放入不同的秘密的量子態(tài)，別人豈不是永遠(yuǎn)也無法偽造或復(fù)制了嗎？
但是，你可能會問了，既然偽造者復(fù)制不了量子態(tài)，那他能不能測量一下其中一張鈔票中的量子態(tài)是什么，然后照著測量的結(jié)果仿造一大堆偽鈔呢？答案是不能。這是因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中，還有一個奇怪的原理，叫作 “測不準(zhǔn)原理” 。也就是說，任何偽造者都不可能只測一次，就準(zhǔn)確測出量子態(tài)的全部特征來。
更加奇怪的是，量子態(tài)還有個毛病，叫做 “只能測一次” 。不論是誰，只要對任何一個量子態(tài)做一次測量，那個量子態(tài)就會瞬間坍縮，徹底變成另外一個狀態(tài)。所以，如果第一次沒測準(zhǔn)，那么永遠(yuǎn)也不會有第二次機(jī)會了。所以，如果威斯納設(shè)想的量子鈔票真的能夠?qū)崿F(xiàn)，那么只要量子物理學(xué)沒有被推翻，它就真的可以從物理上實(shí)現(xiàn)“不可偽造”、“不可復(fù)制”的愿望。
當(dāng)然，威斯納后來并沒有發(fā)財(cái)。因?yàn)樗脑O(shè)想只是在原理上可行，在技術(shù)上還實(shí)現(xiàn)不了。威斯納想，發(fā)不了財(cái)沒關(guān)系，發(fā)篇論文應(yīng)該是妥妥的。于是，威斯納把他的理論寫成了一篇論文，投給了 IEEE（美國電氣和電子工程師協(xié)會）的一家期刊，結(jié)果卻慘遭拒絕。原因也很好理解，IEEE的那份期刊從編輯到審稿人都是搞信息科學(xué)的，根本看不懂這篇寫滿了量子物理學(xué)符號的論文。
在挫折面前，威斯納并沒有對自己的理論失去信心。俗話說的好，是金子總會發(fā)光！他立志一定要讓世人知道他的理論。于是，威斯納只要逮到機(jī)會，就會宣傳自己的“量子鈔票”理論，結(jié)果遭受了更多挫折！
幸好，威斯納有個好基友，叫作本奈特（ Charles Bennett ），當(dāng)時在哈佛讀研究生。于是，威斯納就去波士頓找本奈特，把自己的這個想法告訴了他。別人可以不懂威斯納，但是本奈特不可能不懂威斯納。
聽了“量子鈔票”的理論，本奈特大為贊嘆。于是，作為好基友，他只要逮到機(jī)會，便向他人介紹威斯納的理論。只是在當(dāng)時，面對如此超前的理論，回應(yīng)者始終是寥寥無幾。
就這樣過去了十幾年，直到 1979 年。
當(dāng)時，加勒比海的一個島國叫波多黎各正在舉辦一場信息科學(xué)的國際會議。由于波多黎各是著名的海濱度假圣地，在會議期間，科學(xué)家們總會忙里偷閑，跳到大海里暢游一番。
有一天，一位叫布拉薩德的博士生（ Gilles Brassard ）正在海里游泳，忽然，他發(fā)現(xiàn)有一個人迎面向他游過來，越來越近，越來越近，然后……
經(jīng)過一通海聊，布拉薩德終于搞清楚了。對面的這個人不是壞人，而是在他讀過的一篇文章中講到的一個科學(xué)研究的作者本人，叫本奈特。
當(dāng)然啦，本奈特也不是隨便搭訕?biāo)?。布拉薩德曾經(jīng)在國際會議上要做了一個報(bào)告，內(nèi)容是“相對密碼學(xué)”。本奈特覺得這人肯定會對“量子鈔票”理論感興趣，所以特地游過來搭訕?biāo)?/span>
布拉薩德和本奈特兩個年輕科學(xué)家一見如故。他們的思想經(jīng)過劇烈碰撞后，很快發(fā)現(xiàn)，用“量子鈔票”的理論造鈔票雖然不行，但是可以往密碼學(xué)上面套?。∷麄冞B忙潛心研究，在 1982 年時合寫了一篇論文，向世人介紹了一個新的理論，叫作 “量子密碼學(xué)” 。于是，在量子物理學(xué)誕生 82 年后，它和傳統(tǒng)密碼學(xué)的結(jié)晶，量子密碼學(xué)問世了。
不過，跟“量子鈔票”理論一樣，布拉薩德和本奈特一開始提出的 “量子密碼學(xué)” 方案，也有一個明顯不實(shí)用的地方。他們的初衷看起來很好，“用量子態(tài)來儲存關(guān)鍵信息”，可是，在 70、80 年代時，人們最擅長操縱的量子態(tài)是在真空中永遠(yuǎn)以光速飛行的光子。想想看，你能把光子儲存在口袋里，需要用的時候再拿出來用嗎？
光子就是用來傳播信息的，怎么能儲存在口袋里呢？于是，布拉薩德和本奈特靈機(jī)一動想到，既然光子不適合儲藏，只適合傳播，那我們干嘛不發(fā)揮它的特長，讓它來傳遞某種“不可偽造”、“不可復(fù)制”的重要信息呢？
就這樣，在 1983 年，布拉薩德和本奈特又提出了一個新的理論。在這個理論中他們證明，科學(xué)家可以用光子形成的量子態(tài)，傳輸一組任意長的隨機(jī)密鑰。這個密鑰非常安全，發(fā)送者和接收者可以放心地用它來加密或解密一段信息。不用擔(dān)心竊聽，不用擔(dān)心偽造，因?yàn)榱孔游锢韺W(xué)中的“測不準(zhǔn)原理”和“不可克隆定律”，保證了它的完全性。這個理論就是后來支撐了量子密碼學(xué)半邊天的量子密鑰分發(fā)。
有趣的是，布拉薩德和本奈特在為他們的理論投稿時，只能把長篇大論縮寫成寥寥幾句話，因?yàn)樗麄兠闇?zhǔn)的 1983 年度頂級信息論會議 ISIT 只接受“論文摘要”。
俗話說得好，在家靠父母，出門靠朋友。布拉薩德也有一個好基友，叫作巴爾加瓦（ Vijay Bhargava ）。巴爾加瓦正好在負(fù)責(zé)下一年的IEEE會議。于是，在巴爾加瓦的邀請下，布拉薩德和本奈特將他們的新理論寫成了一篇文章，發(fā)表在了 1984 年的一次IEEE的會議上。正是因?yàn)檫@篇論文，他們的理論終于獲得了更廣泛的關(guān)注。并且，該理論最終以他們二人的姓名首字母命名，叫作 BB84 協(xié)議（ BB84 protocol ）。
就這樣，從 1960 年代威斯納不切實(shí)際的“量子鈔票”開始，到 1984 年 BB84 協(xié)議的發(fā)表，量子密碼學(xué)終于正式誕生了。
作者：Sheldon
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