量子通信既保密又神速

    量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。日常生活中的光，就由大量光量子组成。量子有不同于宏观物理世界的奇妙特性，包括量子叠加和量子纠缠。对通信而言，最重要的是量子纠缠。量子信息学就是量子力学与信息科学相结合的产物，它包括量子密码、量子通信、量子计算机等几个方面，近年来在理论和实验上都取得了重大的突破。

密码领域的革命性变革

    20世纪90年代，物理学家在理论上证明，对微观世界的物体而言，借助神奇的量子纠缠，可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，而不用传送物质本身。将量子力学理论和信息技术结合，利用量子调控技术来处理信息，通过对光子、原子等微观粒子进行精确操纵，信息编码、存储、传输等处理方式将会发生革命性变革。

    由于一个量子单元的行为能瞬间影响另一个量子单位，对量子的测量意味着干涉，从而改变被测量子的状态，这样的特性意味着不可能实现对一个未知量子单元的精确复制。基于这一原理，科学家提出了量子密码的概念，也就是用具有量子态的物质作为密码。

    量子密码就是应用量子纠缠效应来进行信息的保密性传输，它的优点在于不必在密码编辑上劳神费力，甚至根本不用常规密码，直接把信息以纠缠态方式发送就可以完美保密。这是因为当有人闯入传输网络，光子束就会出现紊乱，每个结点的探测器就会指出增加的错误等级，从而发出受干扰警报；发送与接收双方也会随机选取键值的子集进行比较，全部匹配才认为信息没有被窃听。这样一来，黑客就无法闯入一个量子系统而不留下痕迹，甚至仅仅尝试解码这一举动，就会导致量子密码系统改变原有状态。当然，即便有黑客成功拦截获得了一组密码信息的解码钥匙，所得到的只是无意义的乱码信息，而且在完成这一举动的同一时刻，也导致了密钥的变化。当合法的信息接收者检查钥匙时，则可以从量子态的改变中知道密码曾被截取过，一旦发现破绽就会马上更换新的密钥。

    量子密码的出现使密钥的安全性产生了全新的变化。将量子密码应用于量子通信系统中，就成了量子保密通信。随着量子通信技术的产业化和广域量子通信网络的实现，用不了太多时日，作为保障信息社会通信安全的关键技术，量子保密通信将会走向大规模应用——例如，广泛应用于政治、经济、科技、军事、外交、金融等众多安全保障要求高的重要领域，为信息化社会提供基础的保密服务和最可靠的安全保障。

可消除通信延迟现象

    除了安全保密外，“神速”也是量子通信的另一大优势。传统通信的算法基础是0或1的状态，而量子通信则是量子单元，不仅含有0或1，而且还有0和1共同存在的状态，所有单元可同时完成逻辑运算，借助这种并行处理能力可以同时完成多重任务。量子计算机的这一特性，注定了量子通信的速度将比现在的通信速度大大提高。如，4G网络延迟时间为50毫秒，无线电信号从火星传到地球延迟时间为十几分钟，距离越远延迟时间越长，如果采用量子通信技术，就可消除延迟现象，实现即时通信。今后，人与人之间的交流不会只限于各大洲之间，而可能需要跨越星系，量子通信即时沟通的优势将大有用武之地。

    显而易见，量子特性在信息领域中有其独特的功用，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量等方面将突破现有信息系统的极限。也就是说，量子通信可以从根本上杜绝窃密，确保信息安全，同时还能够极大地提高信息处理速度。量子通信大规模推广应用后，“量子互联网”将顺理成章取代如今的互联网。

在微观和宏观之间架设桥梁

    量子信息技术实用化的难点是对多粒子纠缠的相干操纵，这也是量子信息处理的核心物理资源。科学研究证明，要实现有实用价值的量子模拟机和量子计算机的基本功能，起码要实现几十到上百个量子比特的纠缠。到目前为止，科学家只能够一次性将12种粒子纠缠起来；而量子计算机若要实现商业化应用，至少需要将这个数字增加数十倍甚至上百倍。看来，量子通信的阶段性成果触手可及，而有决定性意义的成果还需再接再厉。

    当然，量子理论的应用远超计算和通信领域，用爱因斯坦的话来说：“我们现在所看到的只是一个尚未完全理解的真正实体的局部。”

    总之，利用量子理论来变革信息技术，有望实现对信息处理能力的革命性突破，量子计算机和量子通信不只存在于科幻小说中，而是越来越接近现实世界。

    （作者单位：国务院机关事务管理局）