文/陈根
从贝尔实验室开始，到硅谷的崛起，再到电子计算机和遍及全球的互联网，人类文明正在一步一步地全面步入信息时代。不过，目前的常规通讯多采用加密技术解决安全通讯问题。但密码总存在被破译的可能，尤其是在量子估算出现之后，采用并行运算，对当前的许多密码进行破译几乎易如反掌。
可以说，现在，信息传输，早已从“如何传输”，步入了“如何安全传输”的时代，而量子通讯正是这一段信息革命的直接承继者——当前，基于量子秘钥分发与精典对称密码算法相结合的量子通讯技术正在对估算、通信领域形成重大影响，并越来越成为信息时代的支持力量。
是哪些支撑了“量子通讯”？
上世纪中叶，人类以量子热学为基础开始认识和借助微观数学规律，促进形成了激光器、半导体和原子能等具有划时代意义的重大科技突破。步入二十一世纪，量子技术更是与信息技术深度融合，第二次“量子革命”正在到来。作为量子革命的重要组成部份，所谓“量子通讯”就是指借助量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方法。
当前，我们早已晓得，量子有许多精典化学所没有的奇妙特点，量子纠缠就是其中突出的特点之一。在了解量子纠缠曾经，一个更为人们所熟悉的现象，虽然是“心灵感应”。简单来说，就是两个相距遥远的陌生人不约而同地想做同一件事，似乎相互的心灵之间才能感应到对方的存在。
与“心灵感应”相类似，量子热学研究发觉，宇宙中任何一个粒子都有“双胞胎”，两者虽然隔开整个宇宙的距离，也依然始终保持同步同样的变化。一对粒子同步同样变化的状态，就是量子纠缠态。处于量子纠缠的两个粒子，无论分离多远，它们之间都存在一种神秘的关联，只要一个粒子的状态发生变化，才能立刻使另一个粒子的状态发生相应变化。也就是说，我们可以通过检测其中一个粒子的状态来获知另一个的信息。
量子的另一个奇妙特点是量子具有检测的随机性和不可克隆的属性——任何的检测就会破坏量子的原本状态。从检测的随机性来看，在量子热学里，光子可以朝着某个方向进行震动，这就叫作偏振光。由于量子叠加，一个光子可以同时处在水平偏振光和垂直偏振光两个量子状态的叠加态。这时，假若我们拿一个仪器在这两个方向上进行检测，都会发觉每次检测都只会得到其中一个结果：要么是水平的，要么是垂直的。检测的结果完全随机。
但是，在日常的宏观世界里，一个物体的速率和位置，通常是可以同时确切测定的。例如，我们要检测一架客机，雷达就可以把客机的速率、位置都确切测定。但是，在量子世界，检测却会破坏或改变量子的状态。假如我们把一个量子的位置测准了，它的速率就难以再测准。既然检测量子的状态会出现随机的结果，这么人们自然也难以对一个不晓得其状态的量子进行复制。
在量子纠缠的特点以及量子检测的随机性和不可克隆的特点下，量子通讯也就保证了安全。在量子密码共享或量子态传递过程中，假如有人监听，它的状态才会因监听（检测）发生改变，密码接收的误分辨率会显著降低，进而导致发送者和接收者的警觉，而停止该信道的发送。
但是，因为量子具有检测的随机性和不可复制的特点，因而几乎不可能被破译，由于传统通讯的秘钥都是基于特别复杂的物理算法，只要是通过算法加密的，人们就可以通过估算进行破解。而量子通讯则可以做到很安全，不被破译和监听，这在物理上早已获得了严格的证明。
可以说，作为新一代通讯技术，量子通讯为信息提供难以被监听、无法估算破解的绝对安全保障。
天地一体的广域量子网路
如前所述，我们早已晓得，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第的一种通讯方法。另外，量子通讯按其所传输的信息是精典还是量子又被分为两类，即量子秘钥分发（QKD）和量子态隐型传输（QT）。
其中，量子密匙分发就在信息收发双方进行安全的密匙共享，利用一次一密的加密方法实现双方的安全通讯。借助量子的不可测性和不可克隆性，进而实现信息的不可监听，这首先须要在收发双方间实现难以被监听的安全秘钥共享量子传输速度，然后再与传统保密通讯技术相结合完成精典信息的加揭秘和安全传输。
量子态隐型传输则是基于量子纠缠态的分发与量子联合检测实现量子态信息的直接传输，在量子信息的转移过程中不联通信息载体本身。同精典通讯相类似，远距离量子通讯会出现纠缠减小。因而，量子态隐型传输还须要构建量子中继以保证量子通讯通畅。
日本最早开始了量子通讯的研究，20世纪末，韩国政府就将量子信息列为“保持国家竞争力”计划的重点支持课题，隶属于政府的印度国家标准与技术研究所（NIST）将量子信息作为三个重点研究方向之一。在政府的支持下，法国量子通讯产业化的发展也较为迅速。
1989年，IBM公司在实验室中以10bps的传输速度成功实现了世界上第一个量子信息传输实验，即使传输距离只有短短的32m，但却拉开了量子通讯实验的帷幕。2003年，加拿大国防部中级研究计划署在BBN实验室、哈佛学院和波士顿学院之间构建了DAPRA量子通讯网路，这也是世界上首个量子密码通讯网路。
该网路最初由6个量子秘钥分发（QKD）节点，后扩展至10个，最远通讯距离达到29km。2006年，Los国家实验室又基于引诱态方案实现了安全传输距离达107km的光纤量子通讯实验。2009年，加拿大政府发布的信息科学蓝皮书中明晰要求，各科研机构协作举办量子信息技术研究。
2016年4月，新加坡国家科学基金会（NSF）将“量子跃迁-下一代量子革命”列为六大科研前沿之一。2016年8月，NSF对6个跨学科研究团队给与了1200万欧元捐助，用于进一步推进量子安全通讯技术的发展。2016年9月，NSF发布2017年研究与创新新兴前沿项目（EFRI）的招标文件，注重解决基础工程挑战，开发芯片级的设备和系统，为实用化的量子储存和中继器的研发做打算，目标是实现可扩充的广域量子通讯和应用。
过令人惊讶的是，明天中国在量子通讯领域早已毫无疑惑地达到了世界顶级水平，尤以中科大的潘建伟、郭光灿等小组最为有名。2016年，中国发射了世界首颗量子通讯卫星“墨子号”，成为风靡一时的大新闻。“墨子号”首次实现了卫星与地面之间量子通讯联接。
不过，发射卫星只是一个起点，在“宏伟量子大楼”中，量子“京沪干线”随后也急速搭建了上去。2017年世界首列量子保密通讯干线——“京沪干线”正式开通，量子“京沪干线”总长2000多千米，有望在2030年左右，能建成全球化的广域量子通讯网路，并在量子估算领域有所作为。
可以说，目前，在市场应用不断突破下，天地一体的广域量子网路早已指日可待。
量子通讯是精典通讯取代吗？
目前，随着量子通讯的发展与进步，保密举措显得越来越复杂、越来越可靠。人类也在旨在于将量子保密通讯向更远距离和更大规模的广域网路发展。
例如，量子通讯就对军事、国防、金融等领域的信息安全有着重大的潜在应用价值和发展前景。在国防和军事领域，量子通讯才能应用于通讯秘钥生成与分发系统，向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子秘钥，构成作战区域内机动的安全军事通讯网路。量子通讯除了可用于军事、国防等领域的国家级保密通讯，还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域和部门。
据悉，量子通讯还能否应用于信息对抗，改进军用光网信息传输保密性，提升信息保护和信息对抗能力；并才能应用于深海安全通讯，为远洋深海安全通讯开辟了崭新途径；借助量子隐型传态以及量子通讯绝对安全性、超大信道容量、超高通讯速度、远距离传输和信息高效率等特征，将建立满足军事特殊需求的军事信息网路，为国防和军事博得先机。
而在国民经济领域，量子通讯则可用于金融机构的隐匿通讯等工程以及对电网、煤气管网和自来水管网等重要基础设施的监视和通讯保障。
不过，值得一提的是，量子通讯其实具有革命性的力量，但却并不是为了替代传统通讯而生。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显得更安全。
实际上，无论是量子秘钥分发，还是量子隐型传态，都离不开一个须要精典通讯的“经典信道”。对于量子秘钥分发来说，收发双方须要通过精典信道比对检测方法，从随机的检测方法中选购出一样的那部份，只有这部份的量子检测出的结果能够作为无条件安全的量子秘钥使用。
对于量子隐型传态来说，收发双方同样须要通过精典信道比对检测方法，这样接收方能够作出正确的操作，正确还原出传输的量子比特。量子隐型传态借助的是量子纠缠，这个精典信道的存在致使单纯靠量子纠缠未能传送量子比特，因而超过光速的量子纠缠未能超光速传递信息，这样就不会违背相对论。
可以说，量子通讯虽然是精典通讯之外的一个新战场，和一个新的发展机遇。对于通讯产业来说，精典通讯就好比是煤焦燃烧的物理能量子传输速度，量子通讯就好比是电能。大部份电能离不开物理能，而量子通讯也离不开精典通讯。
但是，电能还将对物理能有所承继和发展，致使电能可以应用在更多的地方，更好地去控制机器，但是才能处理和传输信息。而量子通讯对精典通讯的承继和发展，一方面，就是让精典通讯显得更安全，信息不会被半道查获；另一方面，量子比特还可以突破精典数字通讯的限制，让信息传输显得更高效。
说究竟，量子通讯的魅力就在于其可以突破现有的精典信息系统的极限，这在缺少信息安全的当下，是极大的安全感。从理论迈向现实应用，量子通讯，正在升级信息时代，引起一场关于通讯的技术改革。