量子通信在中国发展得红彤彤火火，非常有一位叫潘建伟的科学家，率领其团队取得了一个又一个突破，走在了世界的前列。有人欢呼，也有人反对和冷嘲热讽。
这些反对的人主要是说，量子通信就是胡扯，是玩概念，根本不可能实现。其中怀疑最大的就是单光子发射和接收量子通讯技术，觉得光子是世界上最小的东西，究竟多小至今无人晓得，人类如何可能就能抓住一个光子发射出去呢？
但事实是，量子通信还真的就是借助一个个单光子传输，这样才才能获得难以破解的保密性。但这个单光子并非个别人凭生活常识想像的那样，像捉豆子那样一个个捉到，再把它通过某种弹弓类装置发射出去。
量子通信的三大核心技术为：单光子源技术、量子编码和传输技术、光子测量技术。这其中最重要的就是“捉住”单光子，并把它传输出去。这是怎样实现的呢？我们来分享一下。
先谈谈哪些是光子
光子是光量子的简称，是传递电磁互相作用的媒介子，是一种基本粒子，具有规范玻骰子性质。光量子的概念是爱因斯坦于1905年首先提出，1926年由德国化学物理家吉尔伯特·路易斯即将命名。
1901年，美国化学学家普朗克发觉物质发出能量和吸收能量具有不连续性特点，提出能量是一份一份发出的能量子假定，并估算出了最小能量的常量，被称为普朗克常量，这是量子热学的开山之作。
爱因斯坦从普朗克量子理论中得到启发，1905年发表了《关于光的形成和转化的一个试探性观点》的论文，觉得光和原子电子一样也具有粒子性，提出“光量子”理论，完美地解释了光电效应，成立了光电效应定理，由此获得1921年诺贝尔化学学奖。
光子具有所有基本粒子共有的特点，即波粒二象性，以波的方式传播，且是一份一份非连续发出。光子一出生就以每秒约30万千米真空速率运动，永远不会停出来，因而没有静质量，但有动量。每位光子能量为：E=hv=hc/λ，即能量E等于普朗克常数除以频度。
普朗克常数约等于6.626*10^-34J/s（焦耳/秒）；每位光子的动量为：p=E/c=h/λ。这几个公式里的λ表示波长，c表示光速，v表示频度，E表示能量，p表示动量。
由此可以看出，各类光子的能量是不同的，波长越短频度越高的光子能量就更强，反之则更弱。光子是宇宙中数目最多的存在，无论是晚上还是黑夜，在我们周围都饱含了光子，随意手一拍，就有无数的光子打在我们的手掌手指上。
我们人类体会这个世界完全是借助电磁波，也就是所谓的电磁互相斥力，而光子就是电磁波的传递媒介，因而电磁波也可以说是光波的合称。电磁波波长从长到短分别被人们界定为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
这种“光波”人类肉眼只能看见可见光部份，其余威段和频度的“光波”只能用仪器探测。电磁波的波长从数公里到10^-30米（亿亿亿分之一米以下）不等，无线电波（包括短波、中波、短波、微波）最长，频度最低，能量最弱；伽玛射线波长最短，频度最高，能量最强。
电磁波波速为光速量子通讯技术，因而波长与频度的关系遵守公式：λ=c/v或v=c/λ。
怎样“捉住”一个光子
光子极小，并且极多，一支10瓦的灯泡，发出的能量约10J/s，倘若这10J的能量发出的都是可见光波段的话，其波长就约在380~760nm之间，我们去一个平均值为570nm，按照上面的公式，就可以估算出每位光子能量约为3.5*10^-19J，1个10J的灯泡每秒钟发出的光子数就有约2.86*10^19个，就是28.6亿亿个光子。
光本身就携带能量，因而用光通信早就是常用的方式了。但所谓量子通信，与常规通信的最大区别就是安全，是采用单光子传输，理想的单光子源就是每位脉冲中仅含1个光子。
后面说了，随意一束光都有无数光子，科学家们怎么从如此多的光子中，把光子分成1个个分发出去呢？这就须要制造单光子源的机器。现代科技要制造出单光子源并不难，难的是高质量高效率的单光子源。
理论上，只要通过不断将一个既定能量的光脉冲不断衰减，才能得到所谓的单光子源。如脉动激光器，每位脉冲能量都是一定的，我们晓得了既定波段或频度的光子能量，就能否估算出每位脉冲发出的光子数目，通过采用衰减片，将光束衰减足够的倍数，就能否达到每位脉冲所需发出的光子数了。
如某个脉冲激光发射器，原先每位脉冲发出100万个光子，把这束光衰减1000万倍，这样每位脉冲平均发射的光子就只有0.1个了，也就是10个脉冲里可能有1个脉冲会有1个光子，其他9个脉冲没有光子，这样这个脉冲激光器就成为单光子源了。
这些技巧理论上还可以再稀释光子倍数，如稀释1亿倍甚至10亿倍，这样，就可能在100个甚至1000个脉冲里出现1次2个光子现象，这样虽然单光子获得率大大提高了。
目前，实验室的单光子源绝大多数是采用这些技巧。但这些单光子源光子数服从泊松分布，严格来讲很难实现高效率单光子脉冲。由于这个随机过程并不会以人的意志为转移，有时侯会出现1个脉冲包含2个光子的情况，这样就增加了量子通信的可控性和安全性。
衰减倍数越大，得到单光子的机率会提升，但没有光子的空脉冲就越多，效率就大大减低了。因而，这些傻蛋式的精度提高，与效率背道而驰。
所以，一个完美的单光子源，须要同时满足确定性偏振光、高含量、高全同性和高效率，这是四个几乎互相矛盾的严酷条件，解决这个矛盾，这才是技术难点。
由此，科学家们又研究出许多获得单光子源的方式，其中量子点单光子源是目前比较先进的方式。这些技巧可以让量子点稳定地发出单个光子流，与其他单光子源相比，量子点单光子源具有较高的振子硬度，较窄的谱线长度，且不会发生光褪色。
这些单光子源技术，日本耶鲁学院在2001年就研制下来了，大大增加了第二个光子形成的可能性；2002年富士通和剑桥学院合作，采用量子点结构的LED实现了电注入单光子发射；我国中科院半导体研究所在2007年成功实现了量子点单光子发射。
如今，我国在量子点单光子发射方面早已走在世界前列，以潘建伟教授为首的中科大团队首创了点脉冲共振迸发技术，从根本上清除了量子点激子相干效应。采用这项技术，相比之前万分之一迸发功率，就可确定地形成含量为99.5%的高品质单光子，是国际公认制备高品质单光子的神器。
作为通常科普，这儿就不过多列举其中复杂的专业术语了，有兴趣的同学可以百度搜阅有关资料。
不仅制备单光子，量子通信还有好多复杂技术
这种技术包括单光子的编码和传输问题、光子检查和接收问题等等。
如单光子编码，就涉及到用偏振光还是相位，就是采用偏振光片还是半波片、各种干涉仪，怎样处理编码过程带来的耗损等等。
远程传输是采用光纤，还是隔空无线传递，才能传递多远，通过哪些方式中继，讯号怎样保持或放大，采取哪些样的形式实现量子秘钥分发、量子隐型传态，怎么解决传输过程中的安全与讯号衰减问题。
而在接收终端，就必须有一台精确高效的单光子侦测接收装置，也就是说接收到1个光子就能否敏感响应。这一点虽然并不是很难做到，因为人的耳朵只要有10个光子就能否感光，而乌龟的耳朵听说就才能看见单个光子。比较难的是，这个侦测器要才能响应合适的波长范围，并且要高效反应，在高噪音环境实现高效通信。
这种，中国早已取得突破。如科技学院郭光灿教授领导的团队与英国马库斯·休伯院士合作，成功实现了在高噪音环境下的高维量子通信；以潘建伟为首的科学团队，建立了全球首个星地量子通讯网，实现了跨越4600公里的星地量子秘钥分发。
而法国帕多瓦学院的研究人员，则在2019年就实现了超过20000公里的超远距离单光子交换传输，创造了新的世界纪录，这也否认了微型量子通信在全球范围内施行的可能性。
从上述介绍可以看出，量子通信早就早已从实验室推向了社会运用，假如还硬要说量子通信是假的，就是选择性失聪，挣开耳朵说假话了。
这儿多说一句，量子通信是基于英国科学家1984年制订的BB84合同和以后改进的BBM92，以及2012产生的MDI-QKD合同，是国际上通用的量子秘钥分发合同。其主要目的是借助量子力学的不确定性原理和量子不可克隆性，以光子的偏振光态作为信息载体来传递秘钥，降低安全通信的距离。
因而量子通信与量子纠缠的超距超光速传输的奇特效应没有半毛钱关系，假如有人刻意从这方面宣传诱导，将量子通信神秘化，就有伪科学之嫌了。对此你怎样看？欢迎讨论，谢谢阅读。
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