近日媒體報道表示，此前將舉辦的2020天翼智能生態(tài)博覽會上，中國電信在展示臺上放出了兩臺樣本機，分別是由華為和中興的手機改造來的，而與原版手機最大的區(qū)別就是中國電信以及國盾量子作為了這兩臺手機的屏保識別，所以說的這么深奧，他跟咱們現(xiàn)在使用的量子通訊智能手機到底有什么不一樣？

或許到現(xiàn)在為止，很多人都不是很清楚量子通信、量子計算到底好在哪里？甚至對于什么是量子也是迷迷糊糊的搞不清楚。見有解釋稱，量子通信和計算的優(yōu)點有很多，可以簡單的理解為量子通信在于安全，量子計算在于快速，而量子通話手機自然也是“安全”，這樣解釋倒也可以，不過，終究因為距離太遠，量子還是有點“玄乎”。

一、什么是量子通訊

量子通訊（Quantum Communication）是指利用量子力學原理對量子態(tài)進行操控的一種通信形式，可以有效解決信息安全問題。量子通信是量子信息學的一個重要分支，它利用量子力學原理對量子態(tài)進行操控，在兩個地點之間進行信息交互，可以完成經(jīng)典通信所不能完成的任務。量子通信是迄今唯一被嚴格證明無條件安全的通信方式，可以有效解決信息安全問題。

二、量子通訊原理

量子通信的原理只要有量子糾纏、量子不可克隆定理、秘鑰分配和隱形傳態(tài)四個部分。與傳統(tǒng)的密碼學不同，量子密鑰分配是密碼學與量子力學相結(jié)合的產(chǎn)物，它以量子態(tài)為信息載體，利用量子力學的一些基本物理原理來傳輸和保護信息。

（1）量子糾纏

量子糾纏描述復合系統(tǒng)（具有兩個以上的成員系統(tǒng)）之一類特殊的量子態(tài)，此量子態(tài)無法分解為成員系統(tǒng)各自量子態(tài)之張量積。量子糾纏技術(shù)起到安全的傳輸信息的目的。利用固定的兩個量子態(tài)糾纏的粒子，攜帶信息傳遞到另一個地區(qū)，根據(jù)糾纏原理，必須是和它糾纏的粒子才可與其再次形成糾纏態(tài)。這樣便可以起到很好的加密作用：即A和B兩個糾纏的粒子表達一定的信息，以A為密鑰，把B傳送到另一地點，那么若想破譯信息，則必須用A粒子再次和B形成糾纏態(tài)方可破譯。這樣大大保證了信息傳遞的安全，且破譯具有唯一性。

（2）量子不可克隆定理

其具體內(nèi)容可從以下三方面表述：

①不存在任何物理過程，能做出兩個不同的非正交態(tài)的完全拷貝。

②量子系統(tǒng)的任意未知量子態(tài)不能被完全拷貝。

③要從編碼在非正交量子態(tài)中獲得信息，這些態(tài)不遭破壞是不可能的。

（3）量子密鑰分配

秘密通信依賴于密鑰，如果發(fā)送者Alice和接收者Bob 通信雙方擁有他們自己才知道的私人密鑰，就可以進行秘密通信。Alice可以把密鑰的對應位加上她的消息編碼的每一位，發(fā)送給Bob，Bob收到這個隨機位串后，利用密鑰就可提取出Alice發(fā)來的消息。竊聽者即使截獲傳輸中的信號，也不可能獲得任何消息，因為單獨傳輸中的位串本身并不攜帶消息，消息是編碼在傳輸串和密鑰相關(guān)中的。

（4）量子隱形傳態(tài)

量子隱形傳態(tài)又稱量子遙傳、量子隱形傳輸、量子隱形傳送、量子遠距傳輸或量子遠傳，是一種利用分散量子纏結(jié)與一些物理訊息的轉(zhuǎn)換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置的技術(shù)，是一種全新的通信方式。它傳輸?shù)牟辉偈墙?jīng)典信息而是量子態(tài)攜帶的量子信息。

三、量子通訊工作方案

量子通信有兩種方案。

一種是直接通信方案，常見的如“乒乓協(xié)議“等，是采用量子通信手段直接傳送信息。這種方案也叫量子隱形傳態(tài)，是將甲地的某一粒子的未知量子態(tài)，瞬間轉(zhuǎn)移給乙地的另一個粒子。但量子隱形傳態(tài)目前處于實驗室階段，在實際的量子通信中尚未有成功實現(xiàn)的報道。

另一種應用最廣、發(fā)展勢頭正猛的是間接通信方案，也稱為量子密鑰分發(fā)方案。它有兩個信道：一個是經(jīng)典信道，使用普通的有線或無線方法發(fā)送密文；另一個是量子信道，專門用于產(chǎn)生密鑰。每發(fā)送一次信息，通信雙方都要重新生成新的密鑰，即每次加密的密鑰都不一樣，實現(xiàn)了報文發(fā)送的“一次一密”，并且在密鑰發(fā)送的過程中還可以檢測有無偵聽者，所以它可以在原理上實現(xiàn)絕對安全可靠的通信。目前所謂的量子通信一般采用的是通過量子信道分發(fā)密鑰的方案。

四、量子通訊發(fā)展現(xiàn)狀

量子通信技術(shù)自從1992年第一個量子密鑰分發(fā)實驗成功以來，在國內(nèi)外都得到了迅猛發(fā)展。

國外發(fā)展

為了解國外的發(fā)展歷程，下面列出國外的幾個量子通信實驗：

（1）1993年，英國國防部研究局實現(xiàn)了在光纖中利用BB84協(xié)議進行了10km距離上的量子密鑰分發(fā)。

（2）2000年，美國阿拉莫斯國家實驗室實現(xiàn)了1．6km自由空間的量子密鑰分發(fā)。

（3）2002年，瑞士日內(nèi)瓦大學的Gisin小組在67km的光纖上演示了量子密鑰分發(fā)。

（4）2004年，日本NEC公司在光纖上量子密鑰分發(fā)距離達到了150km。

（5）2006年，德國、奧地利、意大利、英國的4所大學在兩個海島之間進行了夜晚144km的自由空間量子密鑰分發(fā)實驗。

（6）2008年，歐盟在維也納開通了有8個用戶的量子網(wǎng)絡。

（7）2008年，意大利和奧地利的科學家首次識別出從1500km高的衛(wèi)星上反射回地球的單批光子，從而為星地量子通信打下了基礎。

（8）歐盟計劃于2017年發(fā)射量子通信衛(wèi)星，實現(xiàn)星地量子通信。

國內(nèi)發(fā)展

在國內(nèi)，量子通信以中國科技大學的潘建偉和郭光燦兩個研究小組為主，他們的研究成果經(jīng)常發(fā)表于《Nature》等重要國際刊物?？梢哉f，中國的量子通信水平已居世界前列。以下是中國學者在量子通信領(lǐng)域的主要發(fā)展歷程：

（1）1995年，中國科學院物理所首次用BB84協(xié)議完成了演示實驗。

（2）2003年，中國科技大學在校園內(nèi)鋪設了3．2km的量子通信系統(tǒng)。

（3）2005年，郭光燦小組在北京和天津之間完成了125km的光纖量子通信實驗。

（4）2012年，潘建偉團隊建設成功“合肥城域量子通信實驗示范網(wǎng)”。該網(wǎng)絡有46個節(jié)點，連接40組“量子電話”用戶和16組“量子視頻”用戶。

（5）2012年，中國學者在青海湖完成了百公里量級糾纏光子對的量子密鑰分發(fā)實驗。

（6）2013年，中國科學院聯(lián)合相關(guān)部門啟動了上千公里的光纖量子通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線”項目。這一項目于2017年9月29日正式開通。

（7）2016年，中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了全球首顆量子通信實驗衛(wèi)星，目標是實現(xiàn)北京和烏魯木齊之間的量子保密通信，并且在德令哈和麗江之間實現(xiàn)了距離1200km的大尺度量子非定域性檢驗，還在衛(wèi)星和阿里之間實現(xiàn)了星地量子隱形傳態(tài)。該衛(wèi)星質(zhì)量約640kg，運行在高度為500km的軌道上。衛(wèi)星上有4個載荷：量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏源、量子試驗與控制處理機，可與地面上相距千公里量級的兩處光學站同時建立量子光路鏈接。

五、量子通訊發(fā)展方向

量子通信技術(shù)發(fā)展成熟后，將廣泛地應用于軍事保密通信及政府機關(guān)、軍工企業(yè)、金融、科研院所和其他需要高保密通信的場合。量子通信未來有以下幾個發(fā)展方向：

（1）采用量子中繼技術(shù)，擴大通信距離。由于單光子在傳輸過程中損耗很大，對于遠距離傳輸，必須采用中繼技術(shù)。然而量子態(tài)的非克隆原理給量子中繼出了很大難題，因為量子態(tài)不可復制，所以量子中繼不能像普通的信號中繼一樣，把弱信號接收放大后再轉(zhuǎn)發(fā)出去。量子中繼只能是在光子到達最遠傳輸距離之前接收其信號，先存儲起來，再讀出這個信號，最后以單光子形式發(fā)送出去。量子中繼有很多方案，包括光量子方案、固態(tài)原子方案等。

（2）采用星地通信方式，實現(xiàn)遠程傳輸。采用衛(wèi)星通信后，兩地之間的量子通信更加方便快捷。在真空環(huán)境中，光子基本無損耗，損耗主要發(fā)生在距地面較低的大氣中。

（3）建立量子通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)多地相互通信。量子通信要想實用化，必須覆蓋多地形成網(wǎng)絡。國內(nèi)外都建成了多個實用的量子通信網(wǎng)絡，下一步的發(fā)展是擴大節(jié)點數(shù)，擴展通信距離，形成大覆蓋面積的廣域網(wǎng)。

有關(guān)量子通信、量子加密等和量子相關(guān)的信息，大家已經(jīng)聽說過很多了，雖然科研人員還在探索的道理上加速前進，但是對于大眾來說，量子還是和人們的距離有點遠：生活中既見不到，工作上也用不著。其實大家也不必著急，量子通信是真的越來越近了，而且這次是可以拿在手中的“量子通話手機”，更為可喜的是，這次是我們自己的專利，所以說，“量子”是真的，既要好好發(fā)展，也要好好支持，加油，我們的科技人員。

審核編輯：符乾江