量子通信是迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式

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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。

一问：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。”

“打个比方吧，这就好比孙悟空的分身术。一个孙悟空可以同时出现在多个地方，孙悟空的各个分身就像是他的叠加态。”中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟解释道，“在日常生活中，一个人不可能同时出现在两个地方。但在量子世界里，作为一个微观的客体，它能够同时出现在许多地方。”

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。

“这两个纠缠在一起的量子就好比是一对有心电感应的双胞胎，不管两人距离多远，千公里量级或者更远，只要当其中一个人的状态发生变化时，另一个人的状态也会跟着发生一样的变化。爱因斯坦称之为‘幽灵般的超距作用’。”潘建伟说，“量子纠缠所体现的这种非定域性是量子力学最神奇的现象之一。”

二问：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。”

量子隐形传态又是如何利用量子纠缠直接传送量子信息的?

同样是信息发送者甲和接收者乙。这次不是共享密码了，而是要发送包含量子信息的光子a。

张文卓说：“首先得制备出一对处在量子纠缠态的光子b和c，把b交到发送者甲手里，把c给接收者乙‘拿着’。然后，甲通过自己手中的光子b和这个想要发送的光子a一起做测量，并把测量方法告诉乙。乙再通过这种方法测量手中的c，这时的c已经拥有了与a同样的量子信息态。”

张文卓进一步解释：“也就是说，我们并不需要真的传递光子a本身，而是把它的量子态精确传送过去。量子隐形传态利用量子纠缠，接收者乙在拥有纠缠态的光子和发送者甲的测量方法后，可以制造出原物的完美复制品。”