2017年以来，在代表通讯技术前沿阵地的量子通讯领域，我国堪称是喜报频传：首先是去年3月量子通讯沪宁干线开始最后阶段的贯通测试，其次是量子纠缠分发实现千公里量级的传输，再度是近期我国成功实现水下量子通讯实验。一个个里程碑进展的获得，代表我国不断攻破量子通讯的关键技术困局，将量子通讯研究带入了新时代。
业界普遍觉得，量子通讯是当前世界上最为先进的保密通讯技术，以量子通讯为基础，可以构建天地一体化、高速灵活、安全稳定的通讯网路基础设施。这样的网路基础设施除了可以应用于国防、军事等国家级保密领域，还可以应用在数据中心、金融、区块链、物联网等国民经济领域。
这么，以高安全闻名的量子通讯出现的必要性何在?量子通讯又怎样确保通讯信息的安全性?本文对上述问题进行剖析和说明。
传统加密算法防护能力趋弱
近些年来“斯诺登风波”的爆发给我国叩响了信息通讯安全的警钟，而“”、“Petya”等恐吓病毒的出现，则表明在互联网前沿领域还存在好多不安全的地带。为此，强化网路与信息通讯安全保护、构筑信息安全防护的长城，是我国信息通讯领域的当务之急。
正所谓“道初一尺魔高一丈”，安全恐吓和防治举措从来都是“矛和盾”的关系，因而安全防护不可能一劳永逸，而是须要依照新的形势不断自我提高，这就是量子通讯出现的必要性。
目前业界使用最为广泛的私钥加密算法，为1977年由日本三位科学家提出的算法。该算法的原理是，将两位因数相加获得一个129位的数字，其中的两个因数就是隐藏在私钥加密算法中的关键信息。这一加密算法的原理是：两个素数的乘积估算十分简单，并且要把乘积进行因式分解难度就非常大，但是数字越大，越无法破解。根据1977年的估算能力，破解129位的数字大概须要4亿亿年。
并且时隔17年后，破解加密算法的时间就削减到了8个月左右。而现今量子估算出现后，估算速率和能力大大提高，致使破解加密算法的时间进一步削减到了几十秒。
其根本缘由在于，传统的通讯加密通常在加密数据和传输介质上做文章，而这些加密方式只能降低破译的难度，无论采用先进算法破译，还是采用超级计算机暴力破译，破解传统通讯加密数据只是时间长短的问题。随着估算能力的提高，破解时间越来越短，甚至达到秒级。
为此，采用全新信息安全技术提高安全防护能力早已迫在眉睫。与量子估算如影随形的另一项技术——量子通讯步入了人们视野。
量子热学三大原理确保信息传输安全可靠
在阐述量子通讯之前，首先瞧瞧量子是哪些。量子是能表现出数学特点的最小单元，是能量的最基本携带者;一个数学量假如存在不可分割的最小基本单位，这么这个数学量是量子化的。而量子通讯则是结合量子化学学和密码学，借助量子态的化学性质提供绝对安全保障的通讯方法。
量子通讯之所以安全有保证，主要是由于量子热学具有三大基本原理：测不准原理、不可克隆原理、纠缠态原理。
测不准原理，即海森堡不确定性原理。与粒子的位置和动量可以同时取确定值所不同的是，受粒子波动性的影响，两个非对易的量子不可能同时被精确检测。测不准原理，致使对任何量子传输进行窃听、监测的目的就会落空。
不可克隆原理，是指量子态不同于精典状态，它特别脆弱，任何检测就会改变量子态本身，传输过程中若果有第三方克隆某个量子态，这么该量子态才会被毁灭，因而一个未知的量子态是难以被精确克隆的。不可克隆原理，有效防止了非法分子通过克隆复制信息的可能。
量子的纠缠态原理相对来说较为复杂，它是指在微观世界里，不论两个量子宽度离多远，就会形成“心电感应”，一个量子的变化就会影响另一个量子。诸如，两个量子A和B有“0”和“1”两个状态，假如A处于“0”的状况，这么就可以判断B处于“1”的状况。这些跨越空间才能顿时影响双方的量子纠缠，当初被爱因斯坦称为“诡异的互动性”，它是量子力量最为神秘的特性之一。
量子通讯的加密原理总结上去有如下两方面：一是不依赖于传统的估算复杂性，而是基于量子热学中的海森堡测不准原理和不可克隆定律等基本原理;二是借助光子的量子态作为秘钥或则是信息本身的载体，收发双方可以通过量子检测的方式测量出这种光子在传输过程中是否受到了监听者的查获，一旦确认受到监听则遗弃所传输的秘钥或信息，进而确保过程的安全。
量子通讯出现两大应用分支
基于量子热学的三大原理，目前在量子通讯方面出现了两大应用分支，一个是量子秘钥分发，二是量子隐型传态。
量子秘钥分发技术是把秘钥编码在量子态上，借助量子力学原理通过量子信道传输于发送者和接收者之间，用于保密通讯双方之间构建和传送秘钥，而经秘钥加密后的消息密文一直通过传统信道传输。
目前量子秘钥分发比较知名的理论方案有BB84方案、B92方案和E91方案。其中BB84方案采用4个量子态和两组正交的检测基，发送方随机选择量子态发送，接受方随机选择检测基检测。等发送和检测一组数据后，接受者告诉发送者每次他使用的是那个检测基，因为发送者清楚地晓得自己发送了什么态，因而他也晓得接受者选错了检测基还是选对了检测基，它通过公开信道告诉接受者保留什么选对了的检测基结果。
B92方案采用两个非正态实现量子秘钥分发，简化了BB84方案的过程，B92方案中通讯双方不用通过对比检测基能够晓得保留什么结果，简化了通讯过程，并且传输效率下滑了一半，有75%的结果都被抛弃，因而从实际应用的角度看BB84方案更为广泛。
E91方案将一对互相纠缠的粒子分别发送给收发双方，让她们分别对其检测，当两个人选定的检测基一致时，A端可以通过自己的检测结果推算出B端的检测结果，因而在两者之间构建起相同的秘钥，这就是纠缠态能用于数据传递的原理。假如存在监听者，按照检测坍缩原理，他的检测行为一定会破坏量子的纠缠，因而对安全性的检验就转化为了对纠缠的检验。与BB84和B92方案相比，E91方案才能提供更高的安全性，并且验证过程较为烦琐，传输效率低。
量子隐型传态则是一种借助量子安全特点进行直接通讯的形式。与量子秘钥分发的根本性区别在于，量子隐型传态过程中，通讯双方不须要事先生成秘钥，而是通过直接完善量子信道的方法进行通讯，即直接完成秘密信息的安全传输，而无需进行使用秘钥的加密和揭秘处理。量子隐型传态的安全性也是基于量子不可克隆原理、量子测不准原理，以及纠缠粒子的关联性和非定域等。总体而言，量子隐型传态还处于基础研究阶段。
我国坐落研制应用前列
1982年，澳洲化学学家艾伦·爱斯派克特成功完成了一项实验，否认微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在;1993年，加拿大科学家C.H.提出了量子通讯的概念，同年6位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了量子通讯最初的基本方案，由此开启了量子通讯从实验室迈向产业应用的新阶段。
在产业化阶段中量子通讯设备，中国走在了前列。从上世纪八十年代开始，中国科技学院的郭光灿教授早已开始系统地研究量子光学及其行业。1997年，在法国留学的中国青年学者潘建伟与法国学者丹巴斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验室成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是抒发量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。
2000年左右，中科大以郭光灿和以潘建伟为首的两个团队在量子通讯研究上早已取得了挺好的科研成果，但这种成果都处于前期的试用阶段。2009年元旦阅兵典礼上使用了量子通讯加密设备，国家也开始给与重大支持，量子通讯研究成果得到肯定。而2013年开始沪宁干线的建设，则意味着量子通讯在我国步入加速发展的状态。
量子通讯在国外最具标志性的风波，是2016年8月16日下午我国发射人类历史上第一颗用于量子通讯研究的“墨子号”，该卫星将配合多个地面站施行星地量子秘钥分发、星地量子纠缠分发和地星量子远程传态等量子通讯领域的实验。“墨子号”的成功研发并发射，致使中国进一步扩大了在量子通讯领域的世界领先优势。
不仅“墨子号”之外，我国早已建设了南京城域网、芜湖量子通讯网、山东量子通讯网、京沪干线、沪杭干线、上海通讯网等量子通讯试验网，量子通讯这一“黑科技”正从实验室迈向规模应用量子通讯设备，标志着我国已经走在了世界量子通讯领域发展前列。