注：这篇文章是我在量子估算课程中交的大作业（虽然老师想让我们写学术性文章的，我写的内容不是很符合要求，整篇没有一个公式，注重科普介绍，也确实是很认真的去写的）。
本文尝试对量子通讯以及量子隐型传输技术进行科普介绍，力求浅显易懂。因为个人水平有限，如有不当或错误之处，望批评见谅。
量子（）
量子是现代数学的重要概念。最早是M·普朗克在1900年提出的。他假定宋体幅射中的幅射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍。后来的研究表明，不但能量表现出这些不连续的分离化性质，其他数学量例如角动量、自旋、电荷等也都表现出这些不连续的量子化现象。
一个数学量假如存在最小的不可分割的基本单位，则这个数学量是量子化的，并把最小单位称为量子。量子中文名称量子一词来自拉丁语，意为“有多少”，代表“相当数目的某物质”。在数学学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。诸如，“光的量子”（光子）是光的单位。
通讯加密技术
现有的通讯技术一般借助电磁波等进行传输，为了确保信息传输安全，不被第三方中途拦截获取量子通讯储存，须要采用加密的方式。加密的形式有好多，比如一种最原始的形式凯撒密码，将每位英语字母用它在字母表中前面第n个字母取代，比如n取1，可以被转换成，接收方通过相反的方法还原即可。其实这些原始的加密方法很容易被破解。
在这个加密通讯过程中，发送方和接收方须要晓得加密、解密的规则，因而正常通讯。不晓得揭秘规则的第三方在传输过程中获取了加密信息，也难以对其进行还原。简单的，可以把这些加揭秘规则理解为通讯的秘钥。秘钥需通过安全的方法进行传输，让发送方和接收方共同晓得，并确保不会被无关人员获取，须确保绝对安全，否则加密就失效了；而且秘钥自身不能被加密，否则又须要晓得加密秘钥所用的秘钥了。而这些安全可靠的传输很难得到保证。
注意，只须要保证收发双方的秘钥是对应的就可以正常通讯了。所以秘钥既可以是发送方发给接收方，也可以反过来，还可以是安全可靠的第三方将秘钥同时发送给收发双方。
私钥加密技术
后面的凯撒密码，晓得了加密方式，揭秘方式自然也就得到了。而目前广泛使用的私钥加密系统中，虽然晓得了加密方式，也难以晓得揭秘方式。RSA是一种常用的私钥加密算法，基于下边的简单图论事实：两个很大的质数，可以用计算机很轻松的得到它们的乘积；并且反过来，想把这个乘积重新分解成两个大质数，对于现代计算机来说却很困难（但不是不可能，而是须要很长的时间去运算，比如几百年）。
接收方通过算法随机生成一套私钥和公钥，公钥用于揭秘，接收方自己保留；私钥用于加密，将其发给发送方，甚至可以将其完全公开。发送方通过私钥将信息加密后发给接收者，接收方再通过公钥揭秘即可。第三方虽然获取了私钥，也不能破解加密的信息。
私钥加密还有一种正好相反的用法。在前面的事例中，假如有个接收方的冒名顶替者，向发送方发送了它的私钥，不知情的发送方将信息发送给冒名顶替者，都会导致信息泄漏。为了辨别是否为真实的接收方，要求接收方生成一套私钥和公钥，通过公钥形成一个数字签名，并将私钥通过证书发送给发送方，发送方用私钥揭秘数字签名，即可验证接收方（只有持有公钥的接收方能够形成正确的数字签名）。
量子态与量子纠缠
电子做稳恒的运动，具有完全确定的能量，这些稳恒的运动状态称为量子态。
假定有两个粒子（比如光子或原子）组成纠缠态系统。两个粒子A和B都处于一半左旋一半右旋的量子叠加状态，但是二者的旋转方向一直相反；但在用仪器检测之前并不晓得某个时刻谁是左旋，谁是右旋。
当AB相对运动直至离得很远时，对A进行检测，A会立即由量子叠加态坍缩为确定态，表现出左旋或右旋状态的一种。而此时，距此很远的B粒子也会立即坍缩成确定态。而且经过无数次的实验，AB仍然表现出相反的旋转状态（一个左旋，另一个右旋）。虽然两个粒子距离很远，但它们状态的改变是完全同时的，即便是光速也达不到那么快。这就是量子纠缠。
中科大量子信息实验室的郭光灿教授曾用比喻解释这个问题，说在韩国的母亲生下儿子那刹那间，远在中国的父亲就弄成了爷爷，虽然她自己还不晓得。
知乎上还有网友说了个形象的故事来解释这个问题。三国时期某年，曹操令司马懿、张辽挂帅兵分两路于汉中和扬州伐蜀，诸葛亮出襄阳，刘备出徐州拒敌，诸葛亮抵达西安，远远见敌军大将乃是张辽，心里暗道不好，主公怎的遇上了司马懿？诸葛亮为何看到了张辽就晓得刘备遇见的是司马懿？由于攻打的只有张辽和司马懿，假如诸葛亮遇见了司马懿，这么刘备都会碰到张辽，假如诸葛亮遇见了张辽，刘备都会碰到司马懿。这就是诸葛亮和刘备其实远隔千里，却也能第一时间晓得刘备遇见的是谁。
化学学理论的本质
至于为何会有量子纠缠这些匪夷所思的性质呢？这一点显然很难解释。
当我们把石头从地面平抛一亿次，每次就会落地，于是我们得出一条推论，石头抛出去会落地。但数学理论的本质并非真理，而是客观规律，我们并不能保证下一次平抛石头就会落地。没有绝对正确的理论，有三天我们发觉当石头抛出的速率很快时，石头不再落地，而是绕月球旋转，于是我们得出来新的推论。新的理论，在原有理论的基础上，进行了补充和构建，这正是数学学的发展过程。
而昨天的社会，正是借助了好多这样的科学规律，通过巧妙的工程方式，实现了各类奇迹。通过半导体元件的数学特点，我们制造出基本的逻辑门电路，并借助各类手段，最终制造出了功能强悍的计算机。而这在古人看来，是不可思议的。同样的道理，借助量子纠缠等很基本的数学特点，其实也能彻底改变世界。
量子通讯
广义的量子通讯主要涉及：量子保密通讯、量子远程传态和量子密集编码等。本文重点要讨论的，正是上面两种技术。
目前行内所说的量子通讯，指的是狭义的量子通讯技术，通常称为量子保密通讯，或量子秘钥分发（Key）。量子秘钥分发要解决的问题，并非替代现有的通讯技术，而是为了解决通讯安全问题。
后面早已介绍了现有的私钥加密手段，私钥加密并非不可揭秘，而是现有计算机的估算能力无法破解。而计算机的性能不断提升，非常是分布式估算和量子计算机的研发，可能造成现有的大量私钥加密失效，导致很严重的后果。量子秘钥分发则利用量子热学的基本特点，去实现秘钥的安全分发。
量子秘钥分发可借助量子纠缠的特点去实现。发送方或接收方，通过一定的手段制备出两个处于纠缠态的光子。将其中的一个，通过光纤发送至另一方，接收到后双方对光子进行检测。依照量子纠缠特点，两个光子一个左旋一个右旋，这样双方就可以得到互补的二补码0和1。至于哪一方得到0哪一方得到1并不影响秘钥分发，由于只须要双方的秘钥对应即可。在这个过程中，并没有真正的实现一方将任意信息发送给另一方，但双方得到了互相对应的秘钥（这就是上面介绍秘钥时所说的，第三方将秘钥发送给收发双方，这儿的第三方，其实可以想像成上帝吧）。另外因为是通过粒子作为传输载体的，也不能实现超光速通讯。
量子秘钥分发的安全性
理论上来说，量子秘钥分发能实现绝对的安全，数学原理决定了第三方不能获取到秘钥。这主要基于两个重要原理，分别是量子态不可克隆原理，和海森堡测不准原理。
不可克隆原理，说的是不能实现量子态的完美复制（不完美是可以的），也就是上面所说的粒子传输过程中，难以完美复制它的量子态。说的形象一点，A和B两个纠缠态粒子，A一会儿左旋一会儿右旋，而B和A一直保持状态完全相反。未能实现让粒子C的运动状态保持一直和B一样，也就是不能完美复制。
测不准原理，是说对量子态进行检测，很有可能改变它的状态。诸如原先是左旋，可能测完就弄成了右旋。
于是在粒子传输过程中，第三方不能复制它的量子态，也不能对它进行检测。一旦进行检测，接收方收到的状态才会有很大变化，因而得悉有第三方进行了检测，于是这个秘钥不安全。
而在实际当中，因为工程技术缘由，目前还无法保证绝对的安全，可能存在一些方式对此进行破解，须要进一步构建。
量子隐型传态（）
量子隐型传态，又称量子隐型传输、量子远距传输等。借助量子纠缠，将甲地的某一粒子的未知量子态，顿时转移给乙地的另一个粒子。仿佛经历了悬疑小说中描写的“超时空传输”，在一个地方神秘地消失，不依赖任何载体，又在另一个地方神秘地出现。
2012年8月，中国科学家潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐型传态和纠缠分发。
量子隔空传物的可能性
在好多悬疑连续剧诸如《星际迷航》中，常见到未来的高科技，通过某种技术将人或飞船从一个地方顿时转移到另一个地方，十分神奇。好多人似乎期盼这些技术的发明，但能够实现呢？
物质是由基本粒子构成。一些人觉得，对于物体来说，信息是其构成的根本，而原子等粒子本身并不重要。也就是说通过转移量子态，等价于转移物体自身。于是物体的转移弄成了通讯问题。这是目前量子隔空传输物体技术实现的基础。
维基百科中“量子隐型传态”词条强调，量子遥传与通常所说的顿时联通没有关系，量子遥传未能传递系统本身，也难以拿来安排分子以在另一端组成物体。
才能传递一组信息并不意味着早已可以传递实物。“我们对世界的了解依然不够透彻。”一位研究者说。“科学家们如今还不晓得应当怎样通过隐型传输的形式传送实物，我们以前以为世界上最小的是原子，但是后来发觉原先上面还有质子和中子。但是，没有人晓得质子和中子是否能够被继续分拆。更即便想要传送一个生命体，又该怎么处理他复杂的脑电活动呢？”
中科大研究员彭承志说：“目前我们实现的仅仅是单光子量子态的隐型传输，在未来有可能实现复杂量子系统的量子态隐型传输，但距离宏观物体的量子态隐型传输还具有特别遥远的距离。”
从现有的研究来说，目前只能实现在光子、原子等微粒之间转移量子态，且距离有限，而量子隔空传物并没有实验可以支持。理论上，也没有证据能支持这些技术实现的可能。并且科技的发展总是让人无法置信的，毕竟之后真的会实现。
量子传输的悬疑
量子隐型传输，转移粒子的状态，转移的是信息而不是物质，类似于计算机中转移硬碟文件。文件是虚拟具象的东西，其本质是信息，而c盘是其载体。通过对化学c盘进行磁化，保存文件信息。而文件可以通过网路等方法，从一个地方转移到另一个地方，c盘本身并没有转移。
一方面，计算机中可以通过通讯系统转移文件信息；另一方面，直接通过化学方法运输存有数据的c盘等储存设备，可以实现特别高速的文件转移。反过来考虑，物体的转移，是否可以不通过化学方法进行呢？假如物质的本质是信息，粒子只是信息的载体，这么通过量子实现隔空传物都会有可能。
假如量子传输技术有了初步实现，能传输小的物体，是否有可能传输生命体呢？人的意识（或是灵魂），是否可以分解成粒子的量子态进行转移？与此有点像的一个问题是，假如对c盘进行量子转移，能够保留其上的磁性因而实现文件数据的转移？对磁性的本质，我们的理解还是不够清楚。
从某种程度上来说，“隔空传物”的技术早已初步实现了，3D复印就是。诸如一个塑胶制品，只须要将其转化为3D模型并通过网路将其传输到另一处，就可以通过3D复印机还原出外观与之基本一致的物体。3D复印的一个特征是，物体可以复制好多份。而量子传输能够做到这一点呢？其实量子态不可克隆原理会造成量子传输只能转移物体，而不能复制物体；也似乎未来的科技能突破这些限制。
假如量子传输技术实现而且成熟应用，世界会发生巨大的变化。快件业可能不再存在，或发生颠覆性的变化；交通运输也可能完全转变方式。好多人认为虽然这些技术出现，也不敢尝试去传输自己。认为经过这样的传输自己就不是自己了，或是害怕传输出错人就直接消失了。并且我感觉这种技术假如真的能实现而且挺好的建立，达到十分小的出错可能性，推广并为大众接受只是时间问题。由于它与现有的交通方法相比，优势很显著。而现有的交通方法会继续存在量子通讯储存，但其主要功能不再是交通，而是发展成类似旅游和体验的方式了。
参考资料
《计算机科学总论》第11版（人民邮电出版社）（第四章关于信息加密的介绍）
哪些是量子通讯-知乎
哪些是量子纠缠-知乎
浅显的解释量子化学-知乎
量子纠缠为何能传递密码信息-知乎
科学网《弥天大谎：实现量子隐型传输》
百度文库《纠缠光子的制备和应用》
维基百科词条：凯撒密码，量子密码学，量子隐型传态
百度百科词条：RSA算法，量子，量子态，量子纠缠，量子传输，量子通讯，量子隐型传态