量子通信：我的“魔法”你不懂

两千多年来，密码成为人们保护信息的主要手段。然而，既然有人创造出密码，就有人挖空心思地想要破解密码。当各种信息安全事件接连上演时，人们不禁在问：有没有一种绝对不被破译、信息绝对安全的通信方式？

答案就是量子通信，这是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。

量子，是微观物理世界中的最小单位。听起来很神秘，它却无时无刻不在我们身边。比如常见的光，就是由大量的光量子组成。在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体，例如“光的量子”（光子）是光的单位。在现代科学认知中，几乎任何已知事物都是可测的，即物质的状态是确定的；而在量子的世界里，某些物质则可以同时处于多个可能的状态。

我们来想象一下，在微观领域里，量子像一粒骰子，处在不停的旋转中，各个面都可能朝上。只有在被观测或者测量时，它才会停下来，随机呈现出一个朝上的面。但是，这种测量本身意味着干涉，意味着原先的状态遭到破坏而发生改变。换个角度说，量子一旦被测量过，就不再是原来的那个量子了。

就是基于这一原理，不同于现有电子通信普遍采用的数学计算产生密钥，科学家运用具有量子态的物质作为量子通信的密码。这一看似微小的变化，却使密钥的安全性发生了彻底变化。量子密钥是将数字密钥储存在特殊的量子信息中，并在量子通信线路中传输。当量子信息被窃听后，就会产生无法还原的痕迹，科学家正是利用量子的不可复制性达到保密通信的目的。

我们可以这样设想一下，如果一个偷听者想在某一个地方偷听信息，或者将该信息内容复制下来，这就是一种测量行为，这种测量对量子体系来说意味着对整个体系的破坏，其结果是被测量的信息将全部消失。例如，一旦有人试图打开信件，量子密钥就会让信件自毁，并让使用者知晓。

而要将这种密钥传递出去，科学家还用到了量子理论的另一特性一量子纠缠效应。纠缠，是一种被爱因斯坦称为“幽灵般的超距离作用”的量子相互关联现象：有共同来源的两个微观量子，即便它们隔着一个太阳系，只要一个量子发生变化，另一个量子就会立刻发生相应变化，就像一对彼此存在“心灵感应”的挛生儿一样。两个量子间的传递速度至少是光速的1万倍，时延几乎为零，从而实现了最快通信。

量子通信更安全

量子通信示意图

与现代通信手段不同，只要制造并操控好这对相互纠缠的量子，这种绝对安全、超光速且不存在任何电磁辐射污染的量子通信就能够实现。而且，量子通信还能实现远距离通信，有科学实验证实，甚至可以用来进行星际联络。

从1993年美国科学家提出量子通信的概念至今，各国投入了大量人力、物力进行量子通信的理论和实验研究。在这场国际化竞争中，我国尽管属于后来者，但起点高、进展快，在应用研究的多个方面已经领跑世界。

在量子通信领域，我国已处于国际领先地位。2016年，我国成功发射了世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”。我国之所以要发射量子卫星，是因为如今人们已开发成功的量子通信技术，其极限距离仅300千米，需要借助数量庞大的中继站才能构建一个长距离的量子通信网络，而通过天上的量子卫星，能轻而易举地实现远距离乃至全球范围的量子通信网络。

2017年，我国建成全球首条商用量子保密通信线路一“京沪干线”，它长达2000多千米。从最早的安徽芜湖及合肥城域网到世界首条商用量子保密通信干线“京沪干线”，若以铁路、公路等交通基础设施类比，国内量子保密通信网络已经历了从“地铁网络”到“高铁网络”的发展。

可以预期的是，也许在不久的将来，人们就能彻底告别信息泄露的威胁了。

世界上最早的密码情报

公元前405年，雅典和斯巴达之间的伯罗奔尼撒战争末期，斯巴达军队抓住了一名雅典信使，他身上有一条写满杂乱无章的希腊字母的腰带。当这条腰带呈螺旋形缠绕在一根特定直径的木棍上时，这些字母竟然神奇地组成了一段可读的文字。这便是世界上最早的密码情报。