量子通訊

是指利用量子效應加密並進行信息傳輸的一種通訊方式。其主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，這門學科已逐步從理論走向實驗，並向實用化發展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關注。基於量子力學的基本原理，量子通訊具有高效率和絕對安全等特點，並因此成為國際上量子物理和信息科學的研究熱點。

量子通訊系統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子測量裝置。按其所傳輸的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用於量子密鑰的傳輸，後者則可用於量子隱形傳態和量子糾纏的分發。所謂隱形傳送指的是脫離實物的一種“完全”的信息傳送。從物理學角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然後將這些信息傳送到接收地點，接收者依據這些信息，選取與構成原物完全相同的基本單元，製造出原物完美的複製品。但是，量子力學的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個複製品不可能是完美的。因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。

1993年，6位來自不同國家的科學家，提出了利用經典與量子相結合的方法實現量子隱形傳態的方案：將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個子製備到該量子態上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。經典信息是發送者對原物進行某種測量而獲得的，量子信息是發送者在測量中未提取的其餘信息；接收者在獲得這兩種信息後，就可以製備出原物量子態的完全複製品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態，而不是原物本身。發送者甚至可以對這個量子態一無所知，而接收者是將別的粒子處於原物的量子態上。

在這個方案中，糾纏態的非定域性起著至關重要的作用。量子力學是非定域的理論，這一點已被違背貝爾不等式的實驗結果所證實，因此，量子力學展現出許多反直觀的效應。在量子力學中能夠以這樣的方式製備兩個粒子態，在它們之間的關聯不能被經典地解釋，這樣的態稱為糾纏態，量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間的非定域非經典的關聯。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神祕規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。

1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。這是國際上首次在實驗上成功地將一個量子態從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實驗中傳輸的只是表達量子信息的“狀態”，作為信息載體的光子本身並不被傳輸。為了進行遠距離的量子態隱形傳輸，往往需要事先讓相距遙遠的兩地共同擁有最大量子糾纏態。但是，由於存在各種不可避免的環境噪聲，量子糾纏態的品質會隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，如何提純高品質的量子糾纏態是量子通信研究中的重要課題。

國際上許多研究小組都在對這一課題進行研究，並提出了一系列量子糾纏態純化的理論方案，但是沒有一個是能用現有技術實現的。潘建偉等人發現了利用現有技術在實驗上是可行的量子糾纏態純化的理論方案，原則上解決了在遠距離量子通信中的根本問題。這項研究成果受到國際科學界的高度評價，被稱為“遠距離量子通信研究的一個飛躍”。

量子通訊是利用了光子等粒子的量子糾纏原理，量子通訊學告訴人們，在微觀世界裡，不論兩個粒子間距離多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子的現象叫量子糾纏，這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。科學家認為，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的基礎。

經典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無法與之相提並論。安全性-量子通信絕不會“洩密”，其一體現在量子加密的密鑰是隨機的，即使被竊取者截獲，也無法得到正確的密鑰，因此無法破解信息；其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態的2個粒子，其中一個粒子的量子態發生變化，另外一方的量子態就會隨之立刻變化，並且根據量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會立刻改變量子態，引起其坍塌，因此竊取者由於干擾而得到的信息已經破壞，並非原有信息。高效，被傳輸的未知量子態在被測量之前會處於糾纏態，即同時代表多個狀態，例如一個量子態可以同時表示0和1兩個數字， 7個這樣的量子態就可以同時表示128個狀態或128個數字：0~127。光量子通信的這樣一次傳輸，就相當於經典通信方式的128次。可以想象如果傳輸帶寬是64位或者更高，那麼效率之差將是驚人的。

這裡進一步解釋一下量子糾纏。量子糾纏可以用“薛定諤貓”來幫助理解：當把一隻貓放到一個放有毒物的盒子中，然後將盒子蓋上，過了一會問這個貓現在是死了，還是活著呢？量子物理學的答案是：它既是死的也是活的。有人會說，打開盒子看一下不就知道了，是的，打開盒子貓是死是活確實就會知道，但是按量子物理的解釋：這種死或者活著的狀態是人為觀察的結果，也就是人的宏觀干擾使得貓變成了死的或者活的了，並不是盒子蓋著時的真實狀態，同樣，微觀粒子在不被“干擾”之前就一直處於“死”和“活”兩種狀態的疊加，也可以說是它既是“0”也是“1”。

量子通訊是經典信息論和量子力學相結合的一門新興交叉學科,與成熟的通信技術相比，量子通訊具有巨大的優越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸等特點。量子通訊不僅在軍事、國防等領域具有重要的作用，而且會極大地促進國民經濟的發展。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學基金會、國防高級研究計劃局都對此項目進行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力於量子通訊的研究，研究項目多達12個。日本郵政省把量子通訊作為21世紀的戰略項目。

軍事信息通信需要高效率、大容量傳輸和隱蔽性等特點，而量子通信技術正好能滿足軍事信息通信的要求。因此，量子通信理論一經提出，就被認為是一項在軍事領域有極大應用價值的技術。量子通信被認為是面向未來的全新通信技術，在安全性和高效性上具有經典通信無法比擬的優勢，它對未來軍事通信發展的影響不可估量。

從目前量子通信技術的發展來看，其在軍事信息系統、隱蔽通信和信息對抗等主要方面得到應用。大容量傳輸及處理的能力，量子通信的超大信息容量和超高通信速率正好能滿足軍事系統的特殊需求。在隱蔽通信方面，通信隱身的關鍵是降低電磁輻射，而經典通信都需要通過電磁波來傳輸信號，特別是遠程無線電通信需要輻射很強的電磁波，即便是激光通信也要輻射很強的光波，這就破壞了通信隱身的條件。由於量子通信既無電磁波輻射，又無光波輻射，使通信真正實現了隱蔽。

量子通信用於信息對抗主要體現在量子密碼竊聽具備可知性的特性，量子通信技術從根本上解決了祕鑰的安全性問題，任何對量子信道進行監測的努力都會被某種監測方式干擾在信道中傳輸的信息，發送方和接收方均能發現竊聽者的存在。在新興的量子通信領域，空間量子通信已經成為發展的熱門。空間量子通信將一部分設施安裝在衛星上，好處是有利於光子的長距離傳輸，再與地球範圍內的量子通信鏈路相結合，建立一個覆蓋全球的量子通信網絡，因此，量子通信技術在軍事領域的作用意義巨大。

傳統通信方式是基於電磁波的傳輸，這樣傳輸信息的時候最大的弊端就是信息載荷小。而量子態的可疊加性和非定域性，讓量子通信具備了存貯容量大特性。量子通信的超大信息容量和超高通信速率能夠有效滿足現代戰爭體系的特殊需求。同時量子技術的發展使現代作戰體系構築得更為堅固，並大幅提升了武器裝備作戰效能，進一步增強了現代戰爭的體系作戰水平。

隨著衛星、洲際導彈、戰略轟炸機、核潛艇以及網絡空間作戰等具有全球性作用的戰略武器裝備的不斷湧現，核威懾下的傳統戰爭作戰樣式幾近飽和，這就意味著在傳統戰爭頻譜內很難找到發展空間，傳統戰爭的作戰領域已經趨近極限，人們不得不尋找更為廣闊的戰爭外延，以提供更為廣闊的作戰空間。正是在這種歷史時期，量子通信技術為戰爭空間外延提供了歷史性的契機。隨著量子技術與傳統軍事領域的廣泛融合滲透，原有作戰樣式將發生很大改變，基於無線電原理的信息攻防手段可能面臨失效的局面，新的軟硬攻擊手段又會伴隨而生，控制更廣、打擊更遠、影響更大的量子作戰效果將會成為新常態。

極具吸引力的特性讓量子通信成為各國爭先恐後研究的對象，中國在量子通信技術領域理論和實驗方面均走在世界前列，我國“墨子號”科學實驗衛星發射更是取得了長足進步。但是軍事上的競爭，從來是以新吃舊，以快打慢。美國也高度重視量子科學的建設發展。美國政府每年斥資約2億美元資助量子信息科學領域的基礎和應用研究。

美國防部作為重要參與部門，其投資重點包括精確導航和安全量子網絡等多個領域。美國防高級研究計劃局也持續資助量子信息科學不同領域的項目。可見，量子科學已經成為大國間綜合國力、科技水平和軍事實力戰略較量的前沿陣地，並會成為構成未來軍事競爭新格局的基礎。如果不能正確把握量子通信即將帶來的革命性變化，一旦機遇來臨而未能抓住，那麼國家和軍隊未來就可能會面臨更為嚴峻的挑戰。