量子通信：高效、安全的信息传输方式

量子通信，即利用量子纠缠效应来传递信息。什么是量子纠缠？通俗地说，就像人类的心电感应。量子力学研究发现，宇宙中任何一个粒子都有“双胞胎”，二者即使隔开整个宇宙的距离，也仍然一直保持同步同时同样变化。这一对粒子同步同时同样变化的状态，就是量子纠缠态。利用这一原理，人们可以制备出一对纠缠粒子，把它们一个放在北京，一个放在上海，当北京的粒子一动，上海的粒子立刻就接收到信息，这就是量子通信。

量子通信较传统通信手段具有无可比拟的安全性和高效性。在安全性上，由于量子加密的密钥是随机的，即使被中途窃取，也无法得到正确的密钥破解信息；同时，根据量子理论，宏观的任何观察和干扰都会立刻影响量子态的变化，因此信息在被窃取时已发生变化，并非原始数据。在高效性上，被传输的未知量子在被测量之前处于纠缠态，即同时代表多个状态，例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0 —127。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果传输带宽是64位或者更高，那么效率的提升将是惊人的。

案例81：量子指纹识别

量子指纹识别是利用量子力学的叠加原理而研发的一个重要应用。量子指纹识别理论于2001年提出，受限于技术，国际上以往实验都未能突破经典极限。假设需要比对的信息量为100个单位，经典指纹识别方法需要传输最少信息量为10个单位，而通过量子指纹识别方法，理论上只需要传输2个单位的信息量即可。

近年来，我国针对量子通信的研究取得了突破性进展，中国科学技术大学潘建伟团队利用线性光学系统，在20公里的光纤线路中成功实现了量子指纹识别，首次在信道容量上实现了对经典通信的超越。(www.xing528.com)

当前，我们讨论量子通信，主要包含两个应用方向：一是用量子技术取代目前技术（光缆）来传递信息；二是仍用目前技术传递信息，但信息加密的秘钥用量子原理来分配、传递。

有别于传统数据传输需要铺设有形电缆，完全用量子技术来传递信息是无形地在空中传输，这就是国际上通常称为的空中量子通信、国内所称的量子隐形传送。

伴随着量子通信技术的逐步推广，它将在国家安全、金融等信息安全领域具有广泛的应用价值和前景，同时也将给目前网络通信带来颠覆性的变革。

2016年，国际首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，随后其圆满完成了量子力学相关实验研究任务。2017年，世界第一条量子保密通信骨干线路——中国国家量子保密通信“京沪干线”正式开通，这标志着我国率先掌握星地一体化广域量子通信网络技术，我国已构建出星地一体化广域量子通信网络雏形。量子通信逐渐成为国家信息安全的重要神器，相关产业也将引来发展良机。展望量子通信的前景，业内专家认为，未来能够形成天地一体的全球化量子通信技术设施，构建基于量子通信安全保障的未来互联网，即“量子互联网”。