量子安全通信技術(shù)因其可以在通信雙方安全的直接共享秘密消息而備受關(guān)注。本文首先介紹了量子安全直接通信技術(shù)的基本理論和典型方案，然后對現(xiàn)有理論方案進(jìn)行深入分析并研究了最新實(shí)驗(yàn)進(jìn)展以及相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，最后通過討論噪聲和實(shí)用性等問題，對量子安全直接通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了總結(jié)與展望。

　　量子保密通信是以量子態(tài)為信息載體，利用量子糾纏效應(yīng)、量子疊加等量子力學(xué)基本原理進(jìn)行信息編解碼、操縱控制和安全傳輸?shù)囊环N新型通信方式。量子通信結(jié)合了量子論和信息論，在物理領(lǐng)域內(nèi)利用量子力學(xué)基本原理進(jìn)行高效率高安全的通信，具有區(qū)別于經(jīng)典通信依賴數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜性的物理安全性；在通信領(lǐng)域內(nèi)基于量子隱形傳態(tài)、量子不可克隆等量子特性，利用量子測量等方法實(shí)現(xiàn)通信雙方的信息交流。如圖1 所示，一個量子通信模型中量子信源產(chǎn)生信息，量子編碼器將經(jīng)典信息轉(zhuǎn)化為量子比特，以量子態(tài)的形式加載信息，隨后通過調(diào)制使量子信號能夠適應(yīng)量子信道傳輸。通信過程中，需要借助經(jīng)典信道進(jìn)行輔助信息的交換，接收方收到信號后，經(jīng)過解調(diào)、譯碼等一系列操作使量子信宿能夠接收信息。

　　目前，量子通信中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)便是量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution， QKD），以量子密鑰分發(fā)為核心的量子保密通信技術(shù)逐步走向成熟，商用產(chǎn)業(yè)化得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)用性得到了很好的檢驗(yàn)。1984 年，美國IBM 的Bennett、加拿大Montreal 大學(xué)的Brassard 提出了BB84 量子密鑰分發(fā)協(xié)議，這是第一個量子通信協(xié)議，協(xié)議中量子信道傳輸量子密鑰，經(jīng)典信道傳輸用于基矢比對測量、竊聽檢測的大量輔助信息，最終通信雙方可以50%的概率成功獲得隨機(jī)共享的密鑰。量子密鑰分發(fā)的安全性基于概率統(tǒng)計(jì)，通過抽樣分析測量部分量子態(tài)來判斷是否存在竊聽，若有竊聽，則放棄已有通信結(jié)果；若無竊聽，則保留已傳輸?shù)拿荑€。通信過程中，若竊聽者進(jìn)行攔截再發(fā)攻擊就會有75%的概率得到正確傳輸結(jié)果，通信雙方間的錯誤率會達(dá)到25%。量子密鑰分發(fā)產(chǎn)生隨機(jī)密鑰后，可用于經(jīng)典通信模式，即發(fā)送方利用共享的隨機(jī)密鑰加密信息，通過經(jīng)典信道傳輸后由接收方解密讀取，因此，量子密鑰分發(fā)不能直接用來傳輸機(jī)密信息。

　　量子密鑰分發(fā)無法突破經(jīng)典通信模型，科研工作者們便提出了量子安全直接通信，以實(shí)現(xiàn)機(jī)密信息的直接安全傳輸。量子安全直接通信（Quantum Secure Direct Communication， QSDC）是用量子態(tài)加載信息，綜合利用糾纏粒子的關(guān)聯(lián)性和非定域性等量子特性以及海森堡測不準(zhǔn)原理、不可克隆定理等量子力學(xué)基本原理，借助量子信道安全無泄漏地直接傳輸機(jī)密信息的一種量子通信技術(shù)。量子安全直接通信通過建立量子信道可直接傳輸機(jī)密信息，無需事先生成密鑰，只在安全性檢測、出錯率估計(jì)時需要少量經(jīng)典信息交換。機(jī)密信息加載于量子態(tài)前，通信方就應(yīng)判斷出是否存在竊聽，若有竊聽，則放棄此次通信過程；若無竊聽，就開始傳輸機(jī)密信息。由此可見，量子安全直接通信也可產(chǎn)生隨機(jī)密鑰，實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)的功能，但量子密鑰分發(fā)只能產(chǎn)生不涉及任何機(jī)密的隨機(jī)密鑰。