打個(gè)電話，會(huì)不會(huì)被竊聽(tīng)？通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送一份保密文件，途中被他人竊取咋辦……現(xiàn)代社會(huì)，信息安全面臨的問(wèn)題越來(lái)越多。有沒(méi)有一種不可破譯的保密方式，能讓傳送的信息絕對(duì)安全可靠？近些年來(lái)，量子通信技術(shù)的飛躍發(fā)展正讓夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。

什么是量子？

量子是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱(chēng)，是能量的最基本攜帶者

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本單元，是能量的最基本攜帶者。它是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱(chēng)。可以說(shuō)，整個(gè)世界都是由量子組成的。比如，日常生活中的光，就由大量光量子組成。

量子有不同于宏觀物理世界的奇妙現(xiàn)象，其中最為著名的就是量子疊加和量子糾纏。

“量子世界跟宏觀世界最大的區(qū)別，就是量子有多個(gè)可能狀態(tài)的疊加態(tài)。”中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院副研究員張文卓說(shuō)，“這種現(xiàn)象在宏觀世界里是存在不了也無(wú)法維持的。在宏觀的經(jīng)典世界里，1就是1，2就是2。而在微觀的量子世界中，一個(gè)狀態(tài)可以存在于1和2之間，它既不是1，也不是2，但它既是1，又是2。”

而所謂量子糾纏，也是量子疊加的一種表現(xiàn)，是指兩個(gè)處在糾纏態(tài)的量子一旦分開(kāi)，不論分開(kāi)多遠(yuǎn)，如果對(duì)其中的一個(gè)粒子測(cè)量，另一個(gè)粒子就會(huì)立即發(fā)生變化，且是不需要時(shí)間的變化。

什么是量子通信？

量子通信是利用量子力學(xué)原理對(duì)量子態(tài)進(jìn)行操控的一種通信形式，可以有效解決信息安全問(wèn)題

近年來(lái)，隨著量子的各種奇妙特性被科學(xué)家不斷認(rèn)識(shí)，實(shí)用的新技術(shù)也被逐漸開(kāi)發(fā)出來(lái)，量子通信就是其中之一。

量子通信是量子信息學(xué)的一個(gè)重要分支，它利用量子力學(xué)原理對(duì)量子態(tài)進(jìn)行操控，在兩個(gè)地點(diǎn)之間進(jìn)行信息交互，可以完成經(jīng)典通信所不能完成的任務(wù)。量子通信是迄今唯一被嚴(yán)格證明無(wú)條件安全的通信方式，可以有效解決信息安全問(wèn)題。

張文卓說(shuō)：“通常來(lái)講，量子通信分為兩種，一種是量子密鑰分發(fā)；另外一種是量子隱形傳態(tài)。前者是利用量子的不可復(fù)制性以及測(cè)量的隨機(jī)性來(lái)生成量子密碼，給傳統(tǒng)的數(shù)字通信加密；而后者則是利用量子糾纏直接傳送量子比特。量子隱形傳態(tài)是為了給未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)之間的通信使用。”

那么，量子密鑰分發(fā)是如何生成量子密碼來(lái)給傳統(tǒng)的通信加密的？

“假如，信息發(fā)送者甲想和信息接收者乙共享量子密碼。首先，發(fā)送者甲需要把一個(gè)個(gè)獨(dú)立的單光子發(fā)送給乙，一邊發(fā)一邊隨機(jī)地選擇單光子的狀態(tài)，并把自己的隨機(jī)選擇方式記錄下來(lái)。同時(shí)乙也需要把收到的光子隨機(jī)地測(cè)量一遍，然后把每個(gè)測(cè)量方式通過(guò)經(jīng)典通信方式告訴甲。”張文卓說(shuō)，“接下來(lái)，甲把乙的測(cè)量方式和自己的隨機(jī)選擇方式做對(duì)比，保留測(cè)量方式相同的光子，去掉不同的。留下的這些光子的測(cè)量結(jié)果，就構(gòu)成了量子密碼。然后，乙就可以依據(jù)這些密碼打開(kāi)保密信息。”　　

為何保密性高？

量子具有測(cè)量的隨機(jī)性和不可復(fù)制的特性，幾乎不可能被破譯

以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)技術(shù)傳遞信息極易遭遇竊聽(tīng)。

“因?yàn)閭鹘y(tǒng)通信的密鑰都基于非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，只要是通過(guò)算法加密的，人們就可以通過(guò)計(jì)算進(jìn)行破解。而量子通信則可以做到很安全，不被破譯和竊聽(tīng)，這在數(shù)學(xué)上已經(jīng)獲得了嚴(yán)格的證明。”張文卓說(shuō)。

這種“很安全”是如何實(shí)現(xiàn)的？這就要說(shuō)到在講量子密鑰分發(fā)時(shí)提到的量子的另外兩個(gè)特性——測(cè)量的隨機(jī)性和不可復(fù)制。

張文卓說(shuō)：“實(shí)際上，量子通信的目標(biāo)并不是要把傳統(tǒng)的數(shù)字通信給取代掉。比如量子密鑰分發(fā)，它本身是為了讓傳統(tǒng)的數(shù)字通信變得更安全，并不能獨(dú)立存在。而量子隱形傳態(tài)則完全取決于量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。只有未來(lái)所有的經(jīng)典計(jì)算機(jī)都被量子計(jì)算機(jī)取代了，才完全會(huì)用這種通信方式。但問(wèn)題是，量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)就好比核武器和常規(guī)武器，是不可能完全取代彼此的。未來(lái)應(yīng)該是量子通信和傳統(tǒng)通信一起構(gòu)建天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)。”

量子通信事關(guān)國(guó)家信息和國(guó)防安全，這個(gè)戰(zhàn)略性領(lǐng)域已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的信息科技和產(chǎn)業(yè)高地。

美國(guó)對(duì)量子通信的理論和實(shí)驗(yàn)研究開(kāi)始較早，并最先將其列入國(guó)家戰(zhàn)略。歐盟則著眼于合力構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)，2015年發(fā)布《量子宣言》，計(jì)劃啟動(dòng)10億歐元用于推動(dòng)量子通信和量子技術(shù)的發(fā)展。日本也制定了量子信息技術(shù)長(zhǎng)期發(fā)展路線圖。

雖然在全球量子通信競(jìng)賽中，中國(guó)起步并非最早，但是在科學(xué)家們的不懈努力下，目前中國(guó)在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“彎道超車(chē)”。