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| 量子通信发展前景 |
| 加入时间：2015-12-26 来源：领导干部和公务员科学素质读本 |
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量子通信指利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通信方式。量子通信是近20年发展起来的新兴交叉学科，是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信主要涉及量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近年来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。
一、量子纠缠与量子纠缠分发
量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成的系统中相互影响的现象，即两个粒子互相纠缠，即便相隔遥远的距离，一个粒子的行为仍会影响另一个的状态。当其中一个被操作（例如量子测量）而发生状态变化时，另一个也会即刻发生相应的状态变化。
利用量子纠缠效应进行量子通信，首先需要通信双方预先共享量子纠缠态，即量子纠缠分发。由于检测方式简单和各种其他的易操作性，光子对在偏振空间的纠缠态具有较好的应用前景。近年来,这方面的实验研究十分活跃。欧洲科学家于2003年完成了600米距离的自由空间偏振纠缠分发。中国科学家于2006年完成了13千米距离的自由空间偏振纠缠分发。除了自由空间，纠缠光子对也已成功分发在光纤中。
二、量子态隐形传输
量子态隐形传输指利用量子纠缠技术，借助卫星网络、光纤网络等经典信道，传输量子态携带的量子信息。通俗来讲就是：将甲地的某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。需要注意的是，量子态隐形传输并不能传输任何物质或能量，科幻小说中“隔空传物”的设想并不能通过这一方式来实现。
1997年，欧洲科学家在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证。2004年，该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功地将量子态隐形传输距离提高到600米。但由于光纤信道中的损耗和环境的干扰，量子态隐形传输的距离难以大幅度提高。2012年,中国科学家在青海湖地区实现了百千米量级的量子态隐形传输和量子密钥分发，这一成果将对远距离量子通信的实现产生深远影响。
三、量子密码通信
目前，量子通信领域最接近实际应用的是量子密码通信技术。传统的点对点保密通信最直接的办法是让通信双方先共享一串密码，然后以此密码通过一次一密的加密方式对通信内容进行加密和解密。然而，现有的经典协议不能确保通信双方共享密码的安全性。例如，不存在可证实的绝对安全的秘密信道，因为窃听者理论上总可以找到获取信息而又不留痕迹的方法，而合法用户无从知晓通过秘密信道发送的密钥有没有被窃听。
单个光量子不可分割和量子不可克隆等奇特性质，为我们提供了一种新型的安全通信方式。其基本原理是：发送方和接收方采用单光子的状态作为信息载体来建立密钥。由于单个光量子既不可复制也不可分割，且具有“一触即溃”的特性，因此即便窃听者能够截取单光子并测量其状态，这一测量也会对光子的状态产生扰动，从而使窃听者被发现。
2006年，中国、美国和欧洲科学家分别实现了安全距离超过100千米的量子密钥分发实验。这三个实验同时发表在国际著名物理学期刊《物理评论快报》上，真正打开了量子通信技术应用的大门。至此，量子通信开始从实验室演示走向实用化和产业化。
四、量子通信逐步接近实际应用
经过20多年的发展，量子通信技术目前正在朝着高速率、远距离、网络化的方向快速发展。由于量子通信是事关国家信息安全和国防安全的战略性领域，因此成为世界主要发达国家优先发展的信息科技和产业高地。
欧盟于2008年发布了《量子信息处理与通信战略报告》，提出了欧洲量子通信的分阶段发展目标，包括实现地面量子通信网络、星地量子通信、空地一体的千千米级量子通信网络等。2008年9月，欧盟发布了关于量子密码的商业白皮书，启动量子通信技术标准化研究，并联合来自12个欧盟国家的41个伙伴小组启动了“基于量子密码的安全通信（SECOQC）工程”。在美国，美国国防部支持的“高级研究与发展活动（ARDA）计划”到2014年将量子通信应用拓展到卫星通信、城域以及远距离光纤网络。美国国防部高级研究计划局（DARPA）和洛斯阿拉莫斯国家实验室于2009年分别建成了两个多节点量子通信互联网络，并与空军合作进行了基于飞机平台的自由空间量子通信研究。
中国政府也高度重视量子通信技术的发展。习近平总书记2013年在中国科学院考察工作时指出：“量子通信已经开始走向实用化，这将从根本上解决通信安全问题，同时将形成新兴通信产业。”2013年，千千米光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”正式由国家发改委批复立项，将于2016年前后建成联接北京、上海的千千米级高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络。中国科学院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”攻关实验已完成，将于2016年前后发射，在国际上率先实现高速的星地量子通信网络，可对实现空间尺度量子力学非定域性、广义相对论、量子引力等基本量子力学理论的实验进行检验。
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（责任编辑：刘罡） |
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