量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通信是20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?，并向?qū)嵱没l(fā)展。

一、簡介

量子通信又稱量子隱形傳送（Quantum Teleportation），量子通信是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現(xiàn)保密通信過程。量子通信是一種全新通信方式，它傳輸?shù)牟辉偈墙?jīng)典信息而是量子態(tài)攜帶的量子信息，是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心要素。

量子隱形傳送所傳輸?shù)氖橇孔有畔?，它是量子通信最基本的過程。人們基于這個過程提出了實現(xiàn)量子因特網(wǎng)的構(gòu)想。量子因特網(wǎng)是用量子通道來聯(lián)絡(luò)許多量子處理器，它可以同時實現(xiàn)量子信息的傳輸和處理。相比于經(jīng)典因特網(wǎng)，量子因特網(wǎng)具有安全保密特性，可實現(xiàn)多端的分布計算，有效地降低通信復(fù)雜度等一系列優(yōu)點。

量子通信與成熟的通信技術(shù)相比，量子通信具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c，是21世紀(jì)國際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點。

二、基本原理

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(yuǎn)，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”?？茖W(xué)家認(rèn)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(dá)到“超時空穿越”的通信方式和“隔空取物”的運輸方式。

量子態(tài)隱形傳輸就是遠(yuǎn)距離傳輸，是在無比奇特的量子世界里，量子呈現(xiàn)的“糾纏”運動狀態(tài)。該狀態(tài)的光子如同有“心電感應(yīng)”，能使需要傳輸?shù)牧孔討B(tài)“超時空穿越”，在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間出現(xiàn)。事實上，糾纏的兩個粒子盡管可以在很遠(yuǎn)的距離上一個影響另一個，但它們無法傳遞任何信息。以密鑰為例，當(dāng)雙方共享同一套密鑰時，并沒有發(fā)生信息的傳遞雙方無法利用密鑰做任何事情，直到加密的文本傳來，密鑰才有意義傳送加密文本的速度仍然不可能超過光速。相對論沒有失效。量子通信和傳統(tǒng)通信的唯一區(qū)別在于，量子通信采用了一種新的密鑰生成方式，而且密鑰不可能被第三方獲取。量子通信并不神奇。

在建立量子態(tài)隱形傳輸?shù)幕A(chǔ)上，科學(xué)家又疊加上了“后選擇”算法，完成了一種新模型（P-CTCs）?！昂筮x擇”算法能夠確保某一特定類型的量子信息態(tài)進(jìn)行隱形傳輸，而將其他量子信息過濾掉。只有經(jīng)“后選擇”法認(rèn)定傳輸前后能自相一致的量子信息態(tài)，才有資格得到這種“通行證”，進(jìn)行隱形傳輸。這種情況下，時間旅行成立的先決條件就是一個自治、不產(chǎn)生矛盾的環(huán)境狀態(tài)。它允許回到過去時空，但禁止一切可能在未來導(dǎo)致悖論產(chǎn)生的行為。

量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測量裝置。

按其所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子而分為兩類：前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。

三、存在問題

有人指出量子密碼可能并非想象中的牢不可破。在2008年，就有瑞典林雪平大學(xué)學(xué)者拉森和挪威科技大學(xué)學(xué)者馬卡羅夫分別指出量子通信體系的漏洞。雖然這些并不是量子密碼原理的不完滿，而是系統(tǒng)的不適應(yīng)，卻也讓人們對未來的量子通信體系留有一些不確定。

而量子力學(xué)本身留給人們的不確定性更多。量子糾纏中超越光速的超距作用因違背光速不變原理而難以置信，而量子糾纏的發(fā)生機理至今（2012年）仍是未解之謎，量子力學(xué)與廣義相對論之間的不相容問題列為當(dāng)代科學(xué)所面臨的四大難題之首。

四、應(yīng)用狀況

量子通信不僅在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會極大地促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。自1993年美國研究人員提出量子通信理論，美國國家科學(xué)基金會、國防高級研究計劃局都對此項目進(jìn)行了深入的研究。瑞士、法國等歐美國家也成立公司進(jìn)行量子通信的商業(yè)研發(fā)。

歐盟在1999年集中國際力量致力于量子通信的研究，研究項目多達(dá)12個。

日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項目。

2009年，量子政務(wù)網(wǎng)、量子通信網(wǎng)相繼在中國建成。這兩個可投入實際使用的量子通信網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著原本停留在紙面和實驗室的量子保密通信，已經(jīng)開始在人們的日常生活中應(yīng)用。2011年，中國科學(xué)院啟動了空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，計劃在2015年左右發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”。中國于2011年10月在青海湖首次成功實現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。

量子通信技術(shù)將給軍事通信特別是潛艇通信帶來革命性的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]GJB72A-2002 量子通信技術(shù).

[2]GJB1387A-2005 實用化量子通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究.

（作者單位：海南三亞92823部隊二中隊）