颠覆性技术：量子通信能否取代传统通信？

打个电话，会不会被窃听？通过网络传送一份保密文件，途中被他人窃取咋办……现代社会，信息安全面临的问题越来越多。有没有一种不可破译的保密方式，能让传送的信息绝对安全可靠？近些年来，量子通信技术的飞跃发展正让梦想成为现实。

什么是量子？

量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称，是能量的最基本携带者

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本单元，是能量的最基本携带者。它是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。可以说，整个世界都是由量子组成的。比如，日常生活中的光，就由大量光量子组成。

量子有不同于宏观物理世界的奇妙现象，其中最为著名的就是量子叠加和量子纠缠。

“量子世界跟宏观世界最大的区别，就是量子有多个可能状态的叠加态。”中科院量子信息与量子科技创新研究院、中国科学技术大学上海研究院副研究员张文卓说，“这种现象在宏观世界里是存在不了也无法维持的。在宏观的经典世界里，1就是1，2就是2。而在微观的量子世界中，一个状态可以存在于1和2之间，它既不是1，也不是2，但它既是1，又是2。”

而所谓量子纠缠，也是量子叠加的一种表现，是指两个处在纠缠态的量子一旦分开，不论分开多远，如果对其中的一个粒子测量，另一个粒子就会立即发生变化，且是不需要时间的变化。

什么是量子通信？

量子通信是利用量子力学原理对量子态进行操控的一种通信形式，可以有效解决信息安全问题

近年来，随着量子的各种奇妙特性被科学家不断认识，实用的新技术也被逐渐开发出来，量子通信就是其中之一。

量子通信是量子信息学的一个重要分支，它利用量子力学原理对量子态进行操控，在两个地点之间进行信息交互，可以完成经典通信所不能完成的任务。量子通信是迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式，可以有效解决信息安全问题。

张文卓说：“通常来讲，量子通信分为两种，一种是量子密钥分发；另外一种是量子隐形传态。前者是利用量子的不可复制性以及测量的随机性来生成量子密码，给传统的数字通信加密；而后者则是利用量子纠缠直接传送量子比特。量子隐形传态是为了给未来的量子计算机之间的通信使用。”

那么，量子密钥分发是如何生成量子密码来给传统的通信加密的？

“假如，信息发送者甲想和信息接收者乙共享量子密码。首先，发送者甲需要把一个个独立的单光子发送给乙，一边发一边随机地选择单光子的状态，并把自己的随机选择方式记录下来。同时乙也需要把收到的光子随机地测量一遍，然后把每个测量方式通过经典通信方式告诉甲。”张文卓说，“接下来，甲把乙的测量方式和自己的随机选择方式做对比，保留测量方式相同的光子，去掉不同的。留下的这些光子的测量结果，就构成了量子密码。然后，乙就可以依据这些密码打开保密信息。”　　

为何保密性高？

量子具有测量的随机性和不可复制的特性，几乎不可能被破译

以往用微电子技术为基础的计算机技术传递信息极易遭遇窃听。

“因为传统通信的密钥都基于非常复杂的数学算法，只要是通过算法加密的，人们就可以通过计算进行破解。而量子通信则可以做到很安全，不被破译和窃听，这在数学上已经获得了严格的证明。”张文卓说。

这种“很安全”是如何实现的？这就要说到在讲量子密钥分发时提到的量子的另外两个特性——测量的随机性和不可复制。

张文卓说：“实际上，量子通信的目标并不是要把传统的数字通信给取代掉。比如量子密钥分发，它本身是为了让传统的数字通信变得更安全，并不能独立存在。而量子隐形传态则完全取决于量子计算机的发展。只有未来所有的经典计算机都被量子计算机取代了，才完全会用这种通信方式。但问题是，量子计算机和传统计算机就好比核武器和常规武器，是不可能完全取代彼此的。未来应该是量子通信和传统通信一起构建天地一体化通信网络。”

量子通信事关国家信息和国防安全，这个战略性领域已经成为发达国家优先发展的信息科技和产业高地。

美国对量子通信的理论和实验研究开始较早，并最先将其列入国家战略。欧盟则着眼于合力构建量子互联网，2015年发布《量子宣言》，计划启动10亿欧元用于推动量子通信和量子技术的发展。日本也制定了量子信息技术长期发展路线图。

虽然在全球量子通信竞赛中，中国起步并非最早，但是在科学家们的不懈努力下，目前中国在量子通信领域已经实现了“弯道超车”。