打個電話，會不會被竊聽？通過網絡傳送一份保密文件，途中被他人竊取咋辦……現(xiàn)代社會，信息安全面臨的問題越來越多。有沒有一種不可破譯的保密方式，能讓傳送的信息絕對安全可靠？近些年來，量子通信技術的飛躍發(fā)展正讓夢想成為現(xiàn)實。

什么是量子？

量子是光子、質子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱，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、質子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱。可以說，整個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、中國科學技術大學上海研究院副研究員張文卓說，“這種現(xiàn)象在宏觀世界里是存在不了也無法維持的。在宏觀的經典世界里，1就是1，2就是2。而在微觀的量子世界中，一個狀態(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)，是指兩個處在糾纏態(tài)的量子一旦分開，不論分開多遠，如果對其中的一個粒子測量，另一個粒子就會立即發(fā)生變化，且是不需要時間的變化。

什么是量子通信？

量子通信是利用量子力學原理對量子態(tài)進行操控的一種通信形式，可以有效解決信息安全問題

近年來，隨著量子的各種奇妙特性被科學家不斷認識，實用的新技術也被逐漸開發(fā)出來，量子通信就是其中之一。

量子通信是量子信息學的一個重要分支，它利用量子力學原理對量子態(tài)進行操控，在兩個地點之間進行信息交互，可以完成經典通信所不能完成的任務。量子通信是迄今唯一被嚴格證明無條件安全的通信方式，可以有效解決信息安全問題。

張文卓說：“通常來講，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制性以及測量的隨機性來生成量子密碼，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)是為了給未來的量子計算機之間的通信使用。”

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)送者甲需要把一個個獨立的單光子發(fā)送給乙，一邊發(fā)一邊隨機地選擇單光子的狀態(tài)，并把自己的隨機選擇方式記錄下來。同時乙也需要把收到的光子隨機地測量一遍，然后把每個測量方式通過經典通信方式告訴甲。”張文卓說，“接下來，甲把乙的測量方式和自己的隨機選擇方式做對比，保留測量方式相同的光子，去掉不同的。留下的這些光子的測量結果，就構成了量子密碼。然后，乙就可以依據(jù)這些密碼打開保密信息。”　　

為何保密性高？

量子具有測量的隨機性和不可復制的特性，幾乎不可能被破譯

以往用微電子技術為基礎的計算機技術傳遞信息極易遭遇竊聽。

“因為傳統(tǒng)通信的密鑰都基于非常復雜的數(shù)學算法，只要是通過算法加密的，人們就可以通過計算進行破解。而量子通信則可以做到很安全，不被破譯和竊聽，這在數(shù)學上已經獲得了嚴格的證明。”張文卓說。

這種“很安全”是如何實現(xiàn)的？這就要說到在講量子密鑰分發(fā)時提到的量子的另外兩個特性——測量的隨機性和不可復制。

張文卓說：“實際上，量子通信的目標并不是要把傳統(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，并不能獨立存在。而量子隱形傳態(tài)則完全取決于量子計算機的發(fā)展。只有未來所有的經典計算機都被量子計算機取代了，才完全會用這種通信方式。但問題是，量子計算機和傳統(tǒng)計算機就好比核武器和常規(guī)武器，是不可能完全取代彼此的。未來應該是量子通信和傳統(tǒng)通信一起構建天地一體化通信網絡。”

量子通信事關國家信息和國防安全，這個戰(zhàn)略性領域已經成為發(fā)達國家優(yōu)先發(fā)展的信息科技和產業(yè)高地。

美國對量子通信的理論和實驗研究開始較早，并最先將其列入國家戰(zhàn)略。歐盟則著眼于合力構建量子互聯(lián)網，2015年發(fā)布《量子宣言》，計劃啟動10億歐元用于推動量子通信和量子技術的發(fā)展。日本也制定了量子信息技術長期發(fā)展路線圖。

雖然在全球量子通信競賽中，中國起步并非最早，但是在科學家們的不懈努力下，目前中國在量子通信領域已經實現(xiàn)了“彎道超車”。