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图片来源@视觉中国
文｜陈根从贝尔试验室开始，到硅谷的突起，再到电子计算机和遍布寰球的互联网，人类文化正在一步一步地片面进入信息时期。不外，目前的惯例通讯多采取加密技术解决平安通讯问题。但明码总存在被破译的可能，尤为是在量子计算泛起当前，采取并行运算，对以后的许多明码进行破译简直大海捞针。
能够说，如今，信息传输，曾经从“如何传输”，走入了“如何平安传输”的时期，而量子通讯恰是这一段信息反动的间接承继者——以后，基于量子密钥散发与经典对称明码算法相结合的量子通讯技术正在对计算、通讯畛域发生严重影响，并愈来愈成为信息时期的反对气力。
是甚么撑持了“量子通讯”？
上世纪中叶，人类以量子力学为根底开始意识和利用宏观物理法则，推进发生了激光器、半导体和原子能等拥有划时期意义的严重科技冲破。进入二11世纪，量子技术更是与信息技术深度融会，第二次“量子反动”正在到来。作为量子反动的首要组成部份，所谓“量子通讯”就是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信形式。
以后，咱们曾经知道，量子有许多经典物理所没有的巧妙特性，量子纠缠就是其中凸起的特性之一。在理解量子纠缠之前，一个更加人们所相熟的景象，实际上是“心灵感应”。简略来讲，就是两个相距边远的生疏人不谋而合地想做同一件事，好像相互的心灵之间可以感应到对方的存在。
与“心灵感应”相相似，量子力学钻研发现，宇宙中任何一个粒子都有“双胞胎”，两者即便隔开全部宇宙的间隔，也依然始终放弃同步一样的变动。一对粒子同步一样变动的形态，就是量子纠缠态。处于量子纠缠的两个粒子，无论别离多远，它们之间都存在一种奥秘的关联，只有一个粒子的形态产生变动，就可以当即使另外一个粒子的形态产生相应变动。也就是说，咱们能够经过丈量其中一个粒子的形态来得知另外一个的信息。
量子的另外一个巧妙特性是量子拥有丈量的随机性和不成克隆的属性——任何的丈量都会破坏量子的原本形态。从丈量的随机性来看，在量子力学里，光子能够朝着某个标的目的进行振动，这就叫作偏振。由于量子叠加，一个光子能够同时处在程度偏振和垂直偏振两个量子形态的叠加态。这时候，假如咱们拿一个仪器在这两个标的目的上进行丈量，就会发现每次丈量都只会失掉其中一个后果：要末是程度的，要末是垂直的。丈量的后果彻底随机。
而且，在日常的微观世界里，一个物体的速度和地位，个别是能够同时精确测定的。好比，咱们要丈量一架飞机，雷达就能把飞机的速度、地位都精确测定。但是，在量子世界，丈量却会破坏或改动量子的形态。假如咱们把一个量子的地位测准了，它的速度就无奈再测准。既然丈量量子的形态会泛起随机的后果，那末人们天然也无奈对一个不知道其形态的量子进行复制。
在量子纠缠的特性以及量子丈量的随机性和不成克隆的特性下，量子通讯也就包管了平安。在量子明码同享或量子态传递过程当中，假如有人窃听，它的形态就会因窃听（丈量）产生改动，明码接纳的误码率会显著减少，从而惹起发送者和接纳者的警惕，而住手该信道的发送。
而且，因为量子拥有丈量的随机性和不成复制的特性，因此简直不成能被破译，由于传统通讯的密钥都是基于十分繁杂的数学算法，只有是经过算法加密的，人们就能经过计算进行破解。而量子通讯则能够做到很平安，不被破译和窃听，这在数学上曾经获取了严格的证实。
能够说，作为新一代通讯技术，量子通讯为信息提供无奈被窃听、无奈计算破解的绝对平安保障。
天地一体的广域量子网络
如前所述，咱们曾经知道，量子通讯是使用量子态携带所要传送的信息，并把量子纠缠作为信道，将该量子态从A地传送到B第的一种通讯形式。此外，量子通讯按其所传输的信息是经典仍是量子又被分为两类，即量子密钥散发（QKD）和量子态隐形传输（QT）。
其中，量子密匙散发就在信息收发单方进行平安的密匙同享，借助一次一密的加密形式完成单方的平安通讯。利用量子的不成测性和不成克隆性，从而完成信息的不成窃听，这首先需求在收发单方间完成无奈被窃听的平安密钥同享，之后再与传统窃密通讯技术相结合实现经典信息的加解密和平安传输。
量子态隐形传输则是基于量子纠缠态的散发与量子联结丈量完成量子态信息的间接传输，在量子信息的转移过程当中不挪动信息载体自身。同经典通讯相相似，远间隔量子通讯会泛起纠缠削弱。因此，量子态隐形传输还需求建设量子中继以包管量子通讯通顺。
美国最先开始了量子通讯的钻研，20世纪末，美国政府就将量子信息列为“放弃国度竞争力”方案的重点反对课题，附属于政府的美国国度规范与技术钻研所（NIST）将量子信息作为三个重点钻研标的目的之一。在政府的反对下，美国量子通讯产业化的开展也较为迅速。
1989年，IBM公司在试验室中以10bps的传输速率胜利完成了世界上第一个量子信息传输试验，虽然传输间隔只要短短的32m，但却拉开了量子通讯试验的尾声。2003年，美国国防部初级钻研方案署在BBN试验室、哈佛大学和波士顿大学之间建设了DAPRA量子通讯网络，这也是世界上首个量子明码通讯网络。
该网络最后由6个量子密钥散发（QKD）节点，后裁减至10个，最远通讯间隔达到29km。2006年，Los Alamos 国度试验室又基于诱骗态计划完成了平安传输间隔达107km的光纤量子通讯试验。2009年，美国政府公布的信息迷信白皮书中明白要求，各科研机构合作发展量子信息技术钻研。
2016年4月，美国国度迷信基金会（NSF）将“量子跃迁-下一代量子反动”列为六大科研前沿之一。2016年8月，NSF对6个跨学科钻研团队给予了 十二00万美元赞助，用于进一步推进量子平安通讯技术的开展。2016年9月，NSF公布2017年钻研与翻新新兴前沿名目（EFRI）的投标文件，侧重解决根底工程应战，开发芯片级的装备和零碎，为实用化的量子存储和中继器的研制做筹备，指标是完成可扩展的广域量子通讯和运用。
过使人欣喜的是，明天中国在量子通讯畛域曾经毫无疑难地达到了世界顶尖程度，尤以中科大的潘建伟、郭光灿等小组最为着名。2016年，中国发射了世界首颗量子通讯卫星“墨子号”，成为哄动一时的大旧事。“墨子号”初次完成了卫星与高空之间量子通讯衔接。
不外，发射卫星只是一个终点，在“雄伟量子大厦”中，量子“京沪支线”随后也飞速搭建了起来。2017年世界首条量子窃密通讯支线——“京沪支线”正式守旧，量子“京沪支线”总长2000多公里，无望在2030年摆布，能建玉成球化的广域量子通讯网络，并在量子计算畛域有所作为。
能够说，目前，在市场运用不停冲破下，天地一体的广域量子网络曾经不可企及。
量子通讯是经典通讯替代吗？
目前，跟着量子通讯的开展与提高，窃密措施变得愈来愈繁杂、愈来愈牢靠。人类也在努力于将量子窃密通讯向更远间隔和更大范围的广域网络开展。
好比，量子通讯就对军事、国防、金融等畛域的信息平安有侧重大的潜伏运用价值和开展前景。在国防和军事畛域，量子通讯可以运用于通讯密钥生成与散发零碎，向将来战场掩盖区域内恣意两个用户散发量子密钥，构成作战区域内机动的平安军事通讯网络。量子通讯不只可用于军事、国防等畛域的国度级窃密通讯，还可用于波及机密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等畛域和部门。
另外，量子通讯还可以运用于信息反抗，改进军用光网信息传输窃密性，进步信息维护和信息反抗才能；并可以运用于深海平安通讯，为远洋深海平安通讯开拓了簇新途径；利用量子隐形传态以及量子通讯绝对平安性、超大信道容量、超高通讯速率、远间隔传输和信息高效力等特征，将建设知足军事特殊需要的军事信息网络，为国防和军事博得先机。
而在国民经济畛域，量子通讯则可用于金融机构的藏匿通讯等工程以及对电网、煤气管网和自来水管网等首要根底设施的监督和通讯保障。
不外，值得一提的是，量子通讯虽然拥有反动性的气力，但却并非为了取代传统通讯而生。量子通讯和传统通讯是两种不同的通讯方式，量子通讯是为了让传统的数字通讯变得更平安。
实际上，无论是量子密钥散发，仍是量子隐形传态，都离不开一个需求经典通讯的“经典信道”。关于量子密钥散发来讲，收发单方需求经过经典信道比对丈量形式，从随机的丈量形式中挑拣出同样的那部份，只要这部份的量子丈量出的后果能力作为无前提平安的量子密钥使用。
关于量子隐形传态来讲，收发单方一样需求经过经典信道比对丈量形式，这样接纳刚才能做出正确的操作，正确复原出传输的量子比特。量子隐形传态利用的是量子纠缠，这个经典信道的存在使得单纯靠量子纠缠无奈传送量子比特，因此超过光速的量子纠缠无奈超光速传递信息，这样就不会违反相对于论。
能够说，量子通讯实际上是经典通讯以外的一个新战场，和一个新的开展机遇。关于通讯产业来讲，经典通讯就比如是煤炭焚烧的化学能，量子通讯就比如是电能。大部份电能离不开化学能，而量子通讯也离不开经典通讯。
而且，电能还将对化学能有所承继和开展，使得电能能够运用在更多之处，更好地去管制机器，而且可以处置和传输信息。而量子通讯对经典通讯的承继和开展，一方面，就是让经典通讯变得更平安，信息不会被半路截获；另外一方面，量子比特还能够冲破经典数字通讯的限度，让信息传输变得更高效。
说究竟，量子通讯的魅力就在于其能够冲破现有的经典信息零碎的极限，这在不足信息平安确当下，是极大的平安感。从实践走向理想运用，量子通讯，正在降级信息时期，诱发一场对于通讯的技术改革。 |
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