量子是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱。日常生活中的光，就由大量光量子組成。量子有不同于宏觀物理世界的奇妙特性，包括量子疊加和量子糾纏。對(duì)通信而言，最重要的是量子糾纏。量子信息學(xué)就是量子力學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它包括量子密碼、量子通信、量子計(jì)算機(jī)等幾個(gè)方面，近年來在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得了重大的突破。

密碼領(lǐng)域的革命性變革

20世紀(jì)90年代，物理學(xué)家在理論上證明，對(duì)微觀世界的物體而言，借助神奇的量子糾纏，可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送物質(zhì)本身。將量子力學(xué)理論和信息技術(shù)結(jié)合，利用量子調(diào)控技術(shù)來處理信息，通過對(duì)光子、原子等微觀粒子進(jìn)行精確操縱，信息編碼、存儲(chǔ)、傳輸?shù)忍幚矸绞綄?huì)發(fā)生革命性變革。

由于一個(gè)量子單元的行為能瞬間影響另一個(gè)量子單位，對(duì)量子的測(cè)量意味著干涉，從而改變被測(cè)量子的狀態(tài)，這樣的特性意味著不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)未知量子單元的精確復(fù)制。基于這一原理，科學(xué)家提出了量子密碼的概念，也就是用具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼。

量子密碼就是應(yīng)用量子糾纏效應(yīng)來進(jìn)行信息的保密性傳輸，它的優(yōu)點(diǎn)在于不必在密碼編輯上勞神費(fèi)力，甚至根本不用常規(guī)密碼，直接把信息以糾纏態(tài)方式發(fā)送就可以完美保密。這是因?yàn)楫?dāng)有人闖入傳輸網(wǎng)絡(luò)，光子束就會(huì)出現(xiàn)紊亂，每個(gè)結(jié)點(diǎn)的探測(cè)器就會(huì)指出增加的錯(cuò)誤等級(jí)，從而發(fā)出受干擾警報(bào)；發(fā)送與接收雙方也會(huì)隨機(jī)選取鍵值的子集進(jìn)行比較，全部匹配才認(rèn)為信息沒有被竊聽。這樣一來，黑客就無法闖入一個(gè)量子系統(tǒng)而不留下痕跡，甚至僅僅嘗試解碼這一舉動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致量子密碼系統(tǒng)改變?cè)袪顟B(tài)。當(dāng)然，即便有黑客成功攔截獲得了一組密碼信息的解碼鑰匙，所得到的只是無意義的亂碼信息，而且在完成這一舉動(dòng)的同一時(shí)刻，也導(dǎo)致了密鑰的變化。當(dāng)合法的信息接收者檢查鑰匙時(shí)，則可以從量子態(tài)的改變中知道密碼曾被截取過，一旦發(fā)現(xiàn)破綻就會(huì)馬上更換新的密鑰。

量子密碼的出現(xiàn)使密鑰的安全性產(chǎn)生了全新的變化。將量子密碼應(yīng)用于量子通信系統(tǒng)中，就成了量子保密通信。隨著量子通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，用不了太多時(shí)日，作為保障信息社會(huì)通信安全的關(guān)鍵技術(shù)，量子保密通信將會(huì)走向大規(guī)模應(yīng)用——例如，廣泛應(yīng)用于政治、經(jīng)濟(jì)、科技、軍事、外交、金融等眾多安全保障要求高的重要領(lǐng)域，為信息化社會(huì)提供基礎(chǔ)的保密服務(wù)和最可靠的安全保障。

可消除通信延遲現(xiàn)象

除了安全保密外，“神速”也是量子通信的另一大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)通信的算法基礎(chǔ)是0或1的狀態(tài)，而量子通信則是量子單元，不僅含有0或1，而且還有0和1共同存在的狀態(tài)，所有單元可同時(shí)完成邏輯運(yùn)算，借助這種并行處理能力可以同時(shí)完成多重任務(wù)。量子計(jì)算機(jī)的這一特性，注定了量子通信的速度將比現(xiàn)在的通信速度大大提高。如，4G網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間為50毫秒，無線電信號(hào)從火星傳到地球延遲時(shí)間為十幾分鐘，距離越遠(yuǎn)延遲時(shí)間越長(zhǎng)，如果采用量子通信技術(shù)，就可消除延遲現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信。今后，人與人之間的交流不會(huì)只限于各大洲之間，而可能需要跨越星系，量子通信即時(shí)溝通的優(yōu)勢(shì)將大有用武之地。

顯而易見，量子特性在信息領(lǐng)域中有其獨(dú)特的功用，在提高運(yùn)算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面將突破現(xiàn)有信息系統(tǒng)的極限。也就是說，量子通信可以從根本上杜絕竊密，確保信息安全，同時(shí)還能夠極大地提高信息處理速度。量子通信大規(guī)模推廣應(yīng)用后，“量子互聯(lián)網(wǎng)”將順理成章取代如今的互聯(lián)網(wǎng)。