[科普中国]-量子货币

量子货币(Quantum Money)是以量子力学为原理设计的货币，该原理使货币不能被伪造，这概念对量子密钥分发的发展造成了一定的影响。1

历史跳到导航跳到搜量子货币(Quantum Money)是以量子力学为原理设计的货币，该原理使货币不能被伪造，这概念对量子密钥分发的发展造成了一定的影响。

量子货币(Quantum Money)这概念是由哥伦比亚大学一位研究生Stephen Wiesner在大约1970年提出的，但被多本科学期刊拒绝刊登，直至1983年。2

原理虽然量子货币名为货币，但在使用方式上它更像是一种支票，因为每次交易均需银行方面核实。每张量子货币上除了印上一个独特的编号外，亦拥有一个孤立的有两个量子态的量子系统。例如拥有四个偏震面(相对垂轴0°, 45°, 90°, 135°)其中一个的光子。这四种光子都是其中一个量子系统中的其中一个量子态：(0°, 90°)基底或(45°, 135°)基底。1

银行将持有所有偏震面和对应货币编号的纪录，在货币上，则只印有编号，偏震面则被隐藏。由于银行拥有偏震面的纪录，它能在任何时候在不干涉量子态的情况下测量它量子态，但对不清楚基底的伪币制造者来说，即使他知道银行使用哪两种基底，只要他使用了错误的(即另一组)基底来测量光子，便会对光子造成干涉，令造出来的假币拥有他使用的(但可能错误的)基底。

对于每一个光子，伪造者有3/4的机会成功复制它。如果货币上光子的数量是 N ，一张伪币只有 的机会通过银行的检验。如果 N 是很大的，这个机会率将以指数下降。事实上，不可克隆原理证明了一个量子将态不能被复制，亦证明了这个系统的安全性。

保密性黑客对量子密钥束手无策。虽然黑客能偷听，但很容易被发现。因为量子密钥交流的双方以随机协议为基础，且协议只有交流双方拥有，传递信息时，内容完全无序化。若获取，必须通过密钥反变换，才能恢复成有序数据。而这个密钥限于交流双方，其他人无法得到。

价值因为安全性得到了保证，量子密码被认为是改变人类未来的新技术，近年来世界各国都投入了大量研究经费发展量子信息科学，取得了许多重要成果。3

量子密码保密通信技术已到了实际应用的阶段，其基本原理基本上都得到了解决。凡需要保密的，量子密钥就能提供保密手段。从网上聊天到公文保密，抑或银行汇款，都可以使用量子密钥，应用范围极其广泛，因而“钱”途无量。

实际限制目前，实现量子货币所需的技术尚未存在，遑论足以大规模于市面使用，所以其局限性只是理论上的讨论。

除了实体货币外，数位量子货币也是一种可行的方向，但是，与其他普遍的数位货币(如比特币等)不同，根据不可克隆原理，量子货币不能被备份。一个折衷办法是使用quantum error-correcting codes，并将货币分成部分储存在不同的地方，当其中某部分被损坏时，该错误能被复原。

即使一张货币未能通过银行的检验，亦不代表它一定是伪币：它可能是真币，但它的光子偏震面受外界环境影响改变了，或曾被以错误的基底测量过(可能是企图制造伪币的人，或坏掉的验钞机)。4

BB84量子密钥方案在理论和实验上都被证明是绝对安全的技术，但这种方案在从实验室装置应用到光纤网络的过程中，遇到了一个极大的难题——不稳定。各种因素都可能破坏它的稳定性，使传输码常常变成乱码。为了解决稳定性问题，曾有科学家建立了一套方案：让一个光子朝一个方向发送，两端建立密钥。瑞士科学家用这种方法在日内瓦湖底商用光纤上建立了世界上第一个真实的密钥。但后来人们发现，这种方法虽然稳定，但不安全。如果用一个光子跟踪信号光子，再把这个光子收回来，即可窃取所有信息，而且这个光子很难被发现。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所