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量子密码技术

1986年,一位对电视台不满的观众成功地将HBO卫星电视台控制了4.5分钟,尽管量子物理学家们并不了解他的动机,但这一惊人事件会使人们对15年后发生的一件事不足为怪——在位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的物理学家理查德 · 休斯(Richard Hughes)开着一辆载有500磅仪器设备的卡车去附近的滑雪场,在那里他利用激光将经过编码的信息发回了实验室。

博伊 · 斯考兹(Boy Scouts)多年来一直使用闪光装置发送摩尔斯电码,而休斯却利用一种特别技术来发送信息——这就是量子密码技术。该技术运用了量子物理学原理:当你浏览信息时就会改变信息的内容。这样,当有人窃取量子信息时也就同时发出了有人闯入的信号。因此,即使技术再高超的专家在破解量子信息时,要想不被发现也是不可能的。

众所周知,即使是标准密码也需要水平高超的专业人员用速度最快的计算机,花费很长的时间才能研究出来,但完全依赖这种密码并不安全。而量子计算机可以节省密码破译的时间,这一时间从几个月、几周,可以减少到甚至几分钟、几秒钟,但目前尚无人能研制出技术成熟的量子计算机。相信一旦技术成熟,人们对量子密码的需求一定会很迫切。

在量子物理中,光是由叫做光子的微小粒子组成的,每个光子都具有能用来表达信息的某些特性,就好像计算机中的二进制编码“0”和“1”一样。休斯和密码学家们利用偏振现象,把发送的——束光子作为一把“钥匙”(即一个用来解开信息序列的数),为了弄清楚这把“钥匙”,接收者让一束光子通过滤光器(该滤光器只允许四类偏振光子中的一类通过),产生不同于原光子束的一束光子。接下来,发送者和接收者对光子束进行比较,从而推断出这把“钥匙”的内容。而窃取信息的人将会因破坏光子束,而被接收者发现。

当时,休斯的观点遭到一些物理学家的反对。哥伦比亚大学一位叫史蒂芬 · 威斯纳(Stephen Wiesner)的学生曾于1969年提出过这种观点,但并未引起媒体注意。而他的同学查尔斯 · 班尼特(Charles Bermett)对此问题发生了兴趣。10年后,他与同事吉勒斯 · 布拉萨德(Gilles Brassard)在波多黎各的一次会议上探讨起这一问题。后来,两人合作首次尝试发送量子密码信息,最终他们的实验取得了成功,即在用光纤连接的两个装置之间交换了量子编码的光子束(休斯还将这一实验运用于卫星——它是通过大气发送光子束来替代光纤发送)。

1999年,企业家们在纽约创建了MagiQ技术公司来开发商业产品。由于二战期间美国印第安土著人曾用“那伐鹤语(Navajo)”向美军发送密电,因此人们现在将MagiQ产品称作“那伐鹤语”。

“那伐鹤语”在某些方面还有些欠缺,例如它对背景噪音比较敏感,而且需要通过光纤专线从30里左右的距离传送,但距离看来最终不会成为限制。最近,日内瓦大学物理学家尼古拉斯 · 吉森(Nicolas Gisin)创下了通过光纤从日内瓦向洛桑发送量子信息的记录,这段距离为67公里。吉森目前已研制了能传送60公里的量子密码装置,他希望该产品能满足银行、使领馆以及政府机构这些对安全保密要求非常高的部门需求。

电子织物

“当我在一天辛苦工作之后回到家门口,脱下帽子,在大门前挥挥手,门便开了。防盗系统很快认出主人之后,防盗自动警铃便停止了叫声。随即,客厅里的灯自动亮了,我脱下衣服把它放在沙发上,轻轻按动沙发扶手,便出现提问声:要开电视吗?’我再按一下,电视机开了,图像出现在墙上的挂毯上,我脱下鞋子开始了休闲享受。”

以上的场景为什么在现实生活中还做不到呢?90年代以来,技术预见家们就已预言,当我们将电子技术融入衣服和家具,当我们的生活与无数智能化的电子设备紧密相连时,一个现代化的家庭便会诞生。电子织物(e-textiles)的理念就是将各种技术应用于织物,科学家们正努力将便携式电脑搬上衣袖,将电视机设计在裤子上,将摄像机和棉制键盘设计在斜纹棉布上(尽管这看起来很“酷",但一旦进水就会破坏电路)。

当今时尚界的技术从某种程度讲已集于一人之身,其代表人物是佐治亚纺织纤维工程技术学院工程师桑德莱森 · 杰亚莱曼(Sundarasan Jayaraman)。五年前,杰亚莱曼发明了一种电子织物,即将自然纤维、薄纱线及光学纤维混合织成一种柔软且具有弹性的织物,目前这项技术已基本成熟。今年年底Sensatex公司将向市场推出杰亚莱曼设计的“斯玛特医用衬衫"(SmartShirt),这种衬衫可用于监测人体的关键指标。杰亚莱曼希望这一产品尽快为消费者所接受。

我们暂且不将杰亚莱曼的发明叫做电子织物,因为在他看来电子织物这个名字显得过于陈旧,将来应该将这类织物叫做“交互式织物”(1-textile)。他希望这类计算机化的衣服之间可以进行信息交流从而形成一个更有效的网络,而这类织物应能像计算机主板那样工作一一它包含能维持机器运行的最基本元件,如电源、中央处理器和内存。

杰亚莱姆将他设计的织物称作能穿的主板,主板上当然要配上各种电子元件。例如,可以将麦克风设计在翻领内,将磁带设计在口袋内,再在帽子中配上MP3播放机和耳机,或在胸口贴上血压监测仪,而电子及光学信号通过织物来操纵这些装置。由于内存容量和能放入织物的电子元件的重量都有限制,因此这类织物也同样具有局限性。

目前,杰亚莱曼的技术首先被应用于医学方面。Sensatex公司的斯玛特衬衫可以测试体温、血流量,并将这些数据传给在附近(例如在车上或在客厅)的计算机,如果数据显示着衣人有心脏病,衬衫便会提示计算机拨打急救电话或与医生联系。杰亚莱曼可以根据需要增加或调换衬衫的传感器,这样会使衣服的洗涤更为方便且减少磨损。相信这种衬衫会在医学监测方面得到更广泛的应用,例如:可以探测婴儿突然死亡的征兆,监测糖尿病人的胰岛素水平,评估士兵的伤势情况等。另外,杰亚莱曼正计划在联邦药物署批准之后用微型装置监测心跳和呼吸。

电子织物工业正在关注交互织物的发展。IFM组织的奥斯(Orth)最近设计了一种带热电极和热铬墨的装饰性织物,这种织物可随房间温度的变化从黑色变粉色。德国Infineon技术公司正在生产一种带有MP3播放器的夹克衫;而Burton Snowboards公司和苹果公司正在研制一种嵌有iPod的外套(iPod是苹果公司研制的掌上数字音乐播放器)。

众多高科技织物的设计者们坚信,进入卡内基 · 麦伦大学工程师迪亚纳(Diana)所说的“智能环境系统”时代只是时间问题。根据保守预测,到2006年电子织物的销售额将达到1亿美元;更有人认为到那时电子织物的市场价值将达到10亿美元,它们会像前些年的移动电话那样疯狂热销。

目前,报警衬衫、电灯开关鞋底和带有遥控器的床罩在技术上已具有可行性。可以想象几年之后,中学篮球教练将让孩子们穿上能监测人体重要器官的交互衬衫,而嵌在袖口上的条形码可用来开门。尽管在过去几年中对电子织物的大肆宣传已有些过分,但专家们还是有信心将梦想变为现实。现在的问题并不在于有——天我们是否会穿上这类尖端产品,而是在于需要多长时间来实现梦想。