量子通信是利用了光子等粒子的量子糾纏原理。量子信息學(xué)告訴人們，在微觀世界里，不論兩個粒子間距離多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子的現(xiàn)象叫量子糾纏，這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。科學(xué)家認為，這是一種“神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

　　量子態(tài)的隱形傳輸在沒有任何載體的攜帶下，而只是把一對攜帶信息的糾纏光子分開來，將其一的光子發(fā)送到特定的位置，就能準(zhǔn)確推測出另一個光子的狀態(tài)，從而達到“超時空穿越”的通信方式和“隔空取物”的運輸方式。所謂量子隱形傳態(tài)利用了糾纏態(tài)粒子之間的特殊“心靈感應(yīng)”，即不論相隔多遠，只要兩個粒子仍然保持著糾纏態(tài)，其中一個發(fā)生了變化另一個一定發(fā)生相應(yīng)的變化。

　　1993年，Bennett等來自四個國家的六位科學(xué)家演示了第一種量子隱形傳態(tài)方案，其過程如下：

　　Alice與Bob分別擁有一對糾纏粒子對2，3中的2與3.Alice要向Bob發(fā)送消息，Alice對某粒子1的當(dāng)前狀態(tài)未知，她將聯(lián)合測量粒子1與2。因為測量，所以粒子1與2發(fā)生了變化，由于2與3是糾纏態(tài)粒子，于是3也會發(fā)生相應(yīng)的變化。Alice通過經(jīng)典信道將測量結(jié)果告訴Bob，Bob對3進行一系列操作將能得到粒子1的最初狀態(tài)。

　　量子通信的安全性源于量子力學(xué)的基本原理：

　　一是不確定性原理，也稱測不準(zhǔn)原理，即不可能同時精確測量兩個非對易的物理量，如量子的坐標(biāo)和動量。

　　二是測量塌縮原理，即對量子態(tài)進行測量會不可避免地使該量子態(tài)塌縮到某一個本征態(tài)上，這意味著對量子態(tài)進行測量都會留下痕跡。

　　三是不可克隆定理，即一個未知的量子態(tài)是無法被精確克隆的。

　　此外還有量子糾纏態(tài)，相互糾纏的兩個粒子無論被分離多遠，一個粒子狀態(tài)的變化都會立即使得另一個粒子狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。

? ? ? ?量子通信技術(shù)及發(fā)展史

　　量子信息技術(shù)最為重要的兩項應(yīng)用是量子通信與量子計算機。量子通信是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無條件安全的通信方式，與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，具有極高的安全性、保密性、信息傳遞效率與抗干擾性能，被認為是下一代通信領(lǐng)域的支撐性技術(shù)。而在摩爾定律正在失效、現(xiàn)代計算機芯片的結(jié)構(gòu)性能在經(jīng)典物理領(lǐng)域內(nèi)無法進一步得到提升的當(dāng)下，量子計算機將在海量信息處理、重大科學(xué)問題研究等方面產(chǎn)生巨大影響，為經(jīng)濟的發(fā)展、科技的進步、國防軍事實力以及國家國際地位的提高做出突出貢獻。

　　量子信息技術(shù)的重要戰(zhàn)略意義使其已成為全球物理學(xué)研究的前沿與焦點領(lǐng)域：全球最大的獨立科技研發(fā)機構(gòu)美國Battelle公司于2014年提出，計劃在未來建立連接美國主要城市、總長超萬公里的環(huán)美國量子通信網(wǎng)絡(luò)；歐洲科學(xué)家團體提出了以維也納為中心，西至愛丁堡，東至雅典，北至奧斯陸，南至里斯本的多橫多縱的光纖量子骨干網(wǎng)計劃；2015年世界最大的芯片制造商Intel公司宣布投入巨資與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)合作研發(fā)基于硅量子點的量子計算機，以期搶占半導(dǎo)體量子計算機研制的制高點；2016年歐盟宣布將于2018年啟動總額10億歐元的量子技術(shù)項目，促進包括通用量子計算機等在內(nèi)的多項量子技術(shù)的發(fā)展。

　　1993年，C.H.Bennett提出了量子通訊的概念;同年，6位來自不同國家的科學(xué)家，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實現(xiàn)量子隱形傳送的方案：將某一個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍停留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經(jīng)典信息與量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。經(jīng)典信息是發(fā)送者對原物質(zhì)進行某種測量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測量中未提取的其余信息；接收者在獲得了這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復(fù)制品。該過程中傳送的僅僅是原物質(zhì)的量子態(tài)，而不是原物本身。發(fā)送者甚至可以對這個量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物質(zhì)的量子態(tài)上。在這個方案中，糾纏態(tài)的非定域性起著極其重要的作用。量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J識和揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且能用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實現(xiàn)了原則上不可破譯的量子保密通信。

　　量子通信技術(shù)的研究方向除了包括量子隱形傳態(tài)還包括量子安全直接通信等，突破了現(xiàn)有信息技術(shù)，引起了學(xué)術(shù)界和社會的高度重視。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，量子通信除具有超強抗干擾能力外且不需對傳統(tǒng)信道進行借助；與此同時量子通信的密碼被破譯的可能性幾乎沒有，具有較強的保密性；另外，量子通信幾乎不存在線路時延，傳輸速度很快。量子通信發(fā)展僅僅經(jīng)歷了20年左右，但其發(fā)展卻十分迅猛，目前已經(jīng)被很多國家和軍方給予高度關(guān)注。

　　量子通信在國防和軍事上具有廣闊的應(yīng)用前景，作為量子技術(shù)的最大特征，量子技術(shù)的安全性是傳統(tǒng)加密通信所無可企及的。量子通信技術(shù)的超強保密性，能夠有效保證己方軍事密件和軍事行動不被敵方破譯及偵析，在國防和軍事領(lǐng)域顯示出無與倫比的魅力。另一方面，在破解復(fù)雜的加密算法上，也許現(xiàn)有計算機可能需要好幾萬年的時間，在現(xiàn)實中是完全無法接受且?guī)缀鯖]有實用價值的。但量子計算機卻能在幾分鐘內(nèi)將加密算法破解，如果未來這種技術(shù)被投入實用，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)密碼體制將處于危險之中，而量子通信技術(shù)則能能夠抵御這種破解和威脅。此外，在民間通信領(lǐng)域量子通信技術(shù)的應(yīng)用前景也同樣廣闊。中國科技大學(xué)在2009年對界上首個5 節(jié)點的全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)進行組建后，使得實時語音量子保密通信被首次實現(xiàn)，城市范圍的安全量子通信網(wǎng)絡(luò)在這種“城域量子通信網(wǎng)絡(luò)”基礎(chǔ)上成為了現(xiàn)實。

　　各國正是瞅準(zhǔn)了量子通信技術(shù)的無限應(yīng)用前景，紛紛加大對量子通信技術(shù)方面的投入力度。在未來的量子通信技術(shù)還應(yīng)注意一些關(guān)鍵性的問題，如單光子源成本的降低、通信傳輸距離的加大以及檢測概率的增強等，都仍需要進一步的研究。