（原标题：四问量子通讯，量子通讯是迄今惟一被严格证明无条件安全的通讯方法）
打个电话，会不会被监听？通过网路传送一份保密文件，途中被别人泄露咋整……现代社会，信息安全面临的问题越来越多。
有没有一种不可破译的保密形式，能让传送的信息绝对安全可靠？近年来，量子通讯技术的飞越发展正让梦想成为现实。
制图：张芳曼
一问：哪些是量子？
量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的合称，是能量的最基本携带者
量子是化学世界里最小的、不可分割的基本单元，是能量的最基本携带者。它是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的合称。可以说，整个世界都是由量子组成的。例如，日常生活中的光，就由大量光量子组成。
量子有不同于宏观化学世界的奇妙现象，其中最为知名的就是量子叠加和量子纠缠。
“量子世界跟宏观世界最大的区别，就是量子有多个可能状态的叠加态。”中科院量子信息与量子科技创新研究院、中国科学技术学院苏州研究院副研究员张文卓说，“这种现象在宏观世界里是存在不了也难以维持的。在宏观的精典世界里，1就是1，2就是2。而在微观的量子世界中，一个状态可以存在于1和2之间，它既不是1，也不是2，但它既是1，又是2。”
“打个比方吧，这就好比孙悟空的分身术。一个孙悟空可以同时出现在多个地方，孙悟空的各个分身如同是他的叠加态。”中科院教授、中国科学技术学院院长潘建伟解释道，“在日常生活中，一个人不可能同时出现在两个地方。但在量子世界里，作为一个微观的客体，它还能同时出现在许多地方。”
而所谓量子纠缠，也是量子叠加的一种表现，是指两个处在纠缠态的量子一旦分开，不论分开多远，假如对其中的一个粒子检测，另一个粒子都会立刻发生变化，且是不须要时间的变化。
“这两个纠缠在一起的量子就好比是一对有心电感应的胞胎，不管二人距离多远，千公里量级或则更远，只要当其中一个人的状态发生变化时，另一个人的状态也会跟随发生一样的变化。爱因斯坦称之为‘幽灵般的超距作用’。”潘建伟说，“量子纠缠所彰显的这些非定域性是量子热学最神奇的现象之一。”
二问：哪些是量子通讯？
量子通讯是借助量子力学原理对量子态进行操控的一种通讯方式，可以有效解决信息安全问题
近些年来，随着量子的各类奇妙特点被科学家不断认识，实用的新技术也被逐步开发下来，量子通讯就是其中之一。
量子通讯是量子信息学的一个重要分支，它借助量子力学原理对量子态进行操控，在两个地点之间进行信息交互，可以完成精典通讯所不能完成的任务。量子通讯是迄今惟一被严格证明无条件安全的通讯方法，可以有效解决信息安全问题。
张文卓说：“通常来讲，量子通讯分为两种，一种是量子秘钥分发；另外一种是量子隐型传态。后者是借助量子的不可复制性以及检测的随机性来世成量子密码，给传统的数字通讯加密；而前者则是借助量子纠缠直接传送量子比特。量子隐型传态是为了给未来的量子计算机之间的通讯使用。”
这么，量子秘钥分发是怎样生成量子密码来给传统的通讯加密的？
“假如，信息发送者甲想和信息接收者乙共享量子密码。首先，发送者甲须要把一个个独立的单光子发送给乙，一边发一边随机地选择单光子的状态，并把自己的随机选择方法记录出来。同时乙也须要把收到的光子随机地检测一遍，之后把每位检测方法通过精典通讯方法告诉甲。”张文卓说，“接出来，甲把乙的检测方法和自己的随机选择方法做对比，保留检测方法相同的光子，除去不同的。留下的那些光子的检测结果，就构成了量子密码。之后，乙就可以根据这种密码打开保密信息。”
量子隐型传态又是怎样利药量子纠缠直接传送量子信息的？
同样是信息发送者甲和接收者乙。此次不是共享密码了，而是要发送包含量子信息的光子a。
张文卓说：“首先得制备出一对处在量子纠缠态的光子b和c，把b交到发送者甲手里，把c给接收者乙‘拿着’。之后，甲通过自己手中的光子b和这个想要发送的光子a一起做检测，并把检测方式告诉乙。乙再通过这些方式检测手中的c，这时的c早已拥有了与a同样的量子信息态。”
张文卓进一步解释：“也就是说，我们并不须要真的传递光子a本身，而是把它的量子态精确传送过去。量子隐型传态借助量子纠缠，接收者乙在拥有纠缠态的光子和发送者甲的检测方式后，可以制造出原物的完美复制品。”
三问：为什么保密性高？
量子具有检测的随机性和不可复制的特点，几乎不可能被破译
往年用微电子技术为基础的计算机技术传递信息极易遭到监听。
“因为传统通讯的秘钥都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。”张文卓说。
这些“很安全”是怎样实现的？这就要说到在讲量子秘钥分发时提及的量子的另外两个特点——测量的随机性和不可复制。
哪些是量子检测的随机性？
张文卓说：“在量子热学里，光子可以朝着某个方向进行震动，称作偏振光。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，假若你拿一个仪器在这两个方向上进行检测，都会发觉量子通讯速度，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。”
而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。例如客机来了，雷达就可以把客机的速率、位置都确切测定。
“但在量子世界，检测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，它的速率就测不准了。”张文卓说。
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，这就是量子不可复制的特点。
借助这两个特点，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。假如监听者仍然在这个信道存在，可以换一个没有发觉窃听者的信道重新发送。”张文卓说，“因为能及时发觉监听者，加上量子的不可复制也促使监听者未能采取信息复制的方式来获得合法用户的信息，所以，量子通讯具有很强的保密性。”
四问：能够代替传统通讯？
这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
量子通讯既然如此厉害，那未来会不会代替传统通讯？
张文卓说：“实际上，量子通讯的目标并不是要把传统的数字通讯给替代掉。诸如量子秘钥分发，它本身是为了让传统的数字通讯显得更安全，并不能独立存在。而量子隐型传态则完全取决于量子计算机的发展。只有未来所有的精典计算机都被量子计算机代替了，才完全会用这些通讯方法。但问题是，量子计算机和传统计算机就好比核装备和常规装备量子通讯速度，是不可能完全替代彼此的。未来应当是量子通讯和传统通讯一起建立天地一体化通讯网路。”
量子通讯事关国家信息和国防安全，这个战略性领域早已成为发达国家优先发展的信息科技和产业高地。
日本对量子通讯的理论和实验研究开始较早，并最先将其纳入国家战略。欧共体则着眼于合力打造量子互联网，2015年发布《量子宣言》，计划启动10亿美元用于促进量子通讯和量子技术的发展。台湾也制订了量子信息技术常年发展路线图。
尽管在全球量子通讯大赛中，中国起步并非最早，并且在科学家们的不懈努力下，目前中国在量子通讯领域早已实现了“弯道会车”。
潘建伟团队在2007年首次实现安全通讯距离超过100公里的光纤量子秘钥分发，2016年又将最安全距离提升到400公里；2016年中国发射全球首颗量子科学实验卫星；2017年世界首列量子保密通讯干线——“京沪干线”正式开通……潘建伟表示，希望到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。