计算机科学领域中，基于量子纠缠的新型安全通信协议设计与实现

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计算机科学领域中，基于量子纠缠的新型安全通信协议设计与实现

引言

随着信息技术的发展，信息安全问题日益突出。传统加密方法依赖于数学难题（如大数分解或离散对数问题）来保证安全性，但这些方法在面对量子计算的强大能力时显得脆弱不堪。为了应对这一挑战，科学家们开始探索利用量子力学原理构建全新的安全通信体系——量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）。其中，基于量子纠缠态的QKD方案因其独特的优势而备受关注。

量子纠缠基础

定义

量子纠缠是指两个或多个粒子生成或者相互作用的方式使得每个粒子的量子状态都必须依据整个系统来描述，而结果在一个粒子状态决定后，另一个纠缠粒子的状态也会即刻得到确定，不论它们之间的距离有多远。这种现象违背了经典物理学中的局域实在论，并且是爱因斯坦所称谓的“鬼魅般的超距作用”。

技术支撑

• 贝尔不等式：用于验证是否存在真正的量子纠缠；
• EPR对：由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的思想实验，后来被用来指代一对纠缠光子；
• BB84协议：最早也是最著名的QKD协议之一，它通过单个光子传输信息；
• 纠缠交换：即使两方之间没有直接联系，也可以通过第三方建立纠缠连接。

应用价值

• 绝对安全：任何窃听行为都会破坏