從古時(shí)賢君名臣間的合縱連橫、勾心斗角，到近現(xiàn)代大國間的縱橫捭闔、斗智斗勇，距離人類歷史上最早出現(xiàn)關(guān)于密碼的記載，已有數(shù)千年之久。而在信息傳遞過程中，加密和解密一直是人們廣泛關(guān)注的一個(gè)問題。如果存在一種通信方式，能夠做到快速安全且無損耗地傳遞信息，那么歷史上無數(shù)由信息傳遞失誤導(dǎo)致的事件或許大都可以避免。

“量子通信，就是一把打開信息安全傳輸新門的鑰匙。”作為未來通信技術(shù)的重要代表，量子通信在安全性、傳輸速度及空間通信等諸多方面都擁有傳統(tǒng)通信方式難以比擬的優(yōu)勢，具有巨大的發(fā)展?jié)摿酮?dú)特魅力。

那么量子通信到底是什么?今天我們就來一起了解一下~

1、量子與量子糾纏

首先，什么是“量子”和“量子糾纏”呢？

量子

在眾多科幻文學(xué)作品里，都可以看到“量子”這個(gè)看似神秘的詞匯。這一概念最早由德國物理學(xué)家普朗克在1900年提出。

量子（quantum）是現(xiàn)代物理的重要概念。即一個(gè)物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個(gè)物理量是量子化的，并把最小單位稱為“量子”。量子是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，也是能量和動(dòng)量等物理量的最小單位，如電量子、光量子等，其它的不開再分的基本粒子都是量子，所有的例子統(tǒng)稱為“量子”。雖然看不見也摸不著，但它卻無時(shí)無刻不在我們身邊，比如光就是由大量的光量子組成。

量子有一種神奇的特質(zhì)：疊加狀態(tài)。你可以把量子想象成微觀宇宙里一枚不停旋轉(zhuǎn)的骰子，每個(gè)面都有可能朝上。但只有在被觀測或者測量時(shí)，它才會(huì)停下來，隨機(jī)呈現(xiàn)出一個(gè)朝上的面。但測量就意味著干涉，量子原先的狀態(tài)因?yàn)楸粶y量而遭到破壞，繼而發(fā)生了改變。可以說，量子一旦被干涉，就不再是原來的那個(gè)量子了?；谏鲜鲞@個(gè)原理，人們就開始嘗試運(yùn)用具有量子態(tài)的物質(zhì)作為量子通信的密碼。

量子糾纏

“量子糾纏”效應(yīng)是一種發(fā)生在量子系統(tǒng)中的神奇現(xiàn)象。兩個(gè)同源糾纏后的量子，即使相隔數(shù)光年的距離，彼此之間也可以相互影響，這種相互影響的速度超越了光速，忽視了時(shí)間和空間的限制，被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距離作用”。

2、什么是量子通信

量子通信是指利用量子特性如疊加態(tài)和糾纏效應(yīng)，進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式。它可以讓兩個(gè)通信方之間共享加密的數(shù)據(jù)，而這些加密數(shù)據(jù)是通過粒子（通常是光子）來傳輸?shù)?，這些粒子被稱“量子比特”或“Qubit”。

量子通信技術(shù)最激動(dòng)人心的地方，在于它獨(dú)特的加密方式可以使密鑰具有不可復(fù)制性和絕對(duì)安全性。

基于量子的不確定性，測量坍縮和不可克隆三大原理，量子通信提供了無法被竊聽和計(jì)算破解的絕對(duì)安全保證，主要分為量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)兩種。

量子密鑰分發(fā)（QKD）也稱量子密碼，是解決使用一種絕對(duì)安全的方法傳遞或分發(fā)對(duì)稱加密的秘鑰。它利用量子的不可復(fù)制性生成量子密碼給信息加密，簡單來說，就是通過給兩個(gè)通信方之間建立一個(gè)安全的量子密鑰共享（即對(duì)稱式加密體制），再通過一次一密的對(duì)稱加密體制，來實(shí)現(xiàn)安全的保密通信。密鑰的呈現(xiàn)形式為二進(jìn)制比特，雙方均使用與明文等長的密碼進(jìn)行逐比特加解密的操作，可以為各類數(shù)據(jù)通信建立牢不可破的加密，且量子密鑰是隨機(jī)的，即使竊取者截獲，無論測量、復(fù)制竊取信息，都會(huì)不可避免地改變量子態(tài)并產(chǎn)生無法還原的痕跡而破壞信息，通信雙方也會(huì)立刻知曉。也是因?yàn)檫@個(gè)特性，量子通信就實(shí)現(xiàn)了無條件絕對(duì)安全的保密通信。

而量子隱形傳態(tài)方式的載體是單個(gè)粒子，如單個(gè)光子或單個(gè)電子，利用其內(nèi)在的微觀的行為特征，如粒子的自旋方向，利用量子糾纏效應(yīng)讓量子通信傳輸?shù)牟辉偈莻鹘y(tǒng)信息，而是量子態(tài)攜帶的量子信息。舉例來說，兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子A和B，無論相隔多遠(yuǎn)，只要把其中一個(gè)粒子（A）和攜帶想要傳輸?shù)牧孔颖忍氐牧Ｗ樱–）一起測量，C的量子比特馬上消失，但是相隔遙遠(yuǎn)的粒子（B）卻立刻攜帶上了C之前攜帶的量子比特。這就是在量子糾纏的幫助下，待傳輸?shù)牧孔討B(tài)不需要任何載體的攜帶，在一個(gè)地方神秘地消失，又在另一個(gè)地方神秘地出現(xiàn)。

3、我國量子通信領(lǐng)域的發(fā)展

我國從上世紀(jì)80年代開始開展量子光學(xué)領(lǐng)域的研究，時(shí)至今日，中國在量子通信領(lǐng)域已處于國際領(lǐng)先地位。特別是在探測、通信和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，我們的量子技術(shù)已領(lǐng)跑全球。

說到我國量子通信領(lǐng)域的發(fā)展，就不得不提被稱為“中國量子之父”的潘建偉院士。2006年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室、歐洲慕尼黑大學(xué)—維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，由此打開了量子通信走向應(yīng)用的大門。

2008年底，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)成功研制了基于誘騙態(tài)的光纖量子通信原型系統(tǒng)并在合肥成功組建了世界上首個(gè)3節(jié)點(diǎn)鏈狀光量子電話網(wǎng)，成為國際上報(bào)道的絕對(duì)安全的實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之一。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)在2009年9月建成了世界上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語音量子保密通信。這一成果在同類產(chǎn)品中位居國際先進(jìn)水平，標(biāo)志著中國在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求。

還值得一提的是我國在2016年8月成功發(fā)射升空的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，這標(biāo)志著我國空間科學(xué)研究邁出重要一步?！澳犹?hào)”主要擁有5個(gè)有效載荷，包括量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源等等。2017年6月，“墨子號(hào)”在一次實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)兩個(gè)量子糾纏光子被分發(fā)到相距超過1200公里的距離，并能繼續(xù)保持量子糾纏的狀態(tài)。其背后正是潘建偉團(tuán)隊(duì)多年的努力鉆研和辛勤工作。

不僅如此，2017年我國還建成全球首條長達(dá)2000多千米的商用量子保密通信線路——“京滬干線”。這是中國首條量子保密通信干線，歷時(shí)三年多建成。若以鐵路、公路等交通基礎(chǔ)設(shè)施類比，國內(nèi)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)歷了從“地鐵網(wǎng)絡(luò)”到“高鐵網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)展，這標(biāo)志著我國量子通信技術(shù)已處在全球領(lǐng)先地位。

今年6月，我國科學(xué)家在量子通信領(lǐng)域又有新的突破！北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)物理學(xué)院副教授尹華磊合作，首次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了打破安全碼率-距離界限的異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)508公里光纖量子通信。這一科研成果，可滿足語音通信等實(shí)時(shí)加密需求，從此人們可以撥打城際“量子電話”。

4、中國電信在量子通信領(lǐng)域的發(fā)展成就

近年來，中國電信不斷加大量子通信領(lǐng)域投入力度，推動(dòng)相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化。

早在2014年，中國電信就與國盾量子共建上海陸家嘴金融量子保密通信應(yīng)用示范網(wǎng)。2016年，與國盾量子共同研究推進(jìn)量子保密通信產(chǎn)業(yè)化；同年底，中國電信“量子保密通信產(chǎn)業(yè)化基地（實(shí)驗(yàn)室）”在上海揭牌。

2020年，中國電信啟動(dòng)“量子鑄盾行動(dòng)”，對(duì)數(shù)據(jù)安全傳輸和通話安全的迫切需求的深刻洞察，布局量子安全產(chǎn)業(yè)。在2021年舉辦的“世界5G大會(huì)”上，中國電信展出了等保助手、可信通信、量子密話、量子視頻會(huì)議等眾多安全產(chǎn)品，其中“量子密話”是中國電信推出的業(yè)內(nèi)首款量子安全通話產(chǎn)品，其基于5G通訊技術(shù)和量子安全技術(shù)打造。在現(xiàn)場，不少嘉賓紛紛體驗(yàn)配備了“量子安全SIM卡”的手機(jī)，感受“絕密”通話的魅力！

2023年，中國電信又成立中電信量子信息科技集團(tuán)有限公司，將量子加密技術(shù)與即時(shí)通訊技術(shù)巧妙融合。

天翼量子密話是中國電信打造的一款量子安全通信產(chǎn)品，其基于量子安全技術(shù)制備出具有真隨機(jī)性的量子密鑰，結(jié)合“一次一密”的安全機(jī)制，為用戶提供通話加密、信息加密、文件加密、移動(dòng)辦公、安全管控等服務(wù)。據(jù)悉，目前天翼量子密話全國在網(wǎng)用戶規(guī)模已突破 100 萬戶。

在眾多信息通信先進(jìn)科技領(lǐng)域中，量子通信正以其絕對(duì)的安全性和加密技術(shù)引領(lǐng)著未來的通信時(shí)代，在國家安全、金融等信息安全領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和前景。它或?qū)氐赘淖內(nèi)藗兊耐ㄐ欧绞?，還將重新定義網(wǎng)絡(luò)安全和加密技術(shù)。隨著科技的不斷突破，我們將在量子通信的光芒下，迎來一個(gè)更加安全、便捷和連接的數(shù)字時(shí)代。

參考資料：

1、北京日?qǐng)?bào)客戶端：《中國科學(xué)家量子領(lǐng)域新突破！可實(shí)現(xiàn)城際實(shí)時(shí)“量子通話”》；

2、中國信通院：《量子通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展》，作者：賴俊森、趙文玉；

3、科普江蘇：《量子通信：我的“魔法”你不懂》；

4、通信信息報(bào)：《中國電信量子安全通信 筑牢信息“鐵壁”》。