揭秘量子信息與通信：“絕對安全”解決國防信息安全問題

　　作為現代物理學的兩大基石，量子力學和相對論分別在微觀領域和宏觀大尺度領域取得了輝煌的成功。它們不僅革命性地改變了人們對自然界基本規律的認識，極大地改變了人類的生活方式和社會面貌，更對人類固有的經典世界觀產生了根本性的顛覆。

　　其中，因為量子物理與信息技術相結合而開拓出的、與經典方式具有本質區別的新興學科——量子信息，更成為了當下人們關注的焦點。

　　伴隨著量子信息技術逐漸走向實用化，其衍生出的量子通信技術，更被譽為是繼微電子信息之后，最有可能引發軍事、經濟、社會領域又一次重大革命的關鍵技術。

　　革命性的量子信息

　　量子，是構成物質的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可分割。量子比特是一個二維的量子系統，它構成量子信息的基本單元，量子信息由量子比特的狀態來表示。與經典比特具有根本區別的是，量子比特不僅可以處于兩個基本狀態，還可以處于它們的任意迭加態，這就是量子迭加原理。

　　而當量子迭加原理應用到兩個粒子時，量子理論預言這兩個粒子可以處在一種奇怪的糾纏狀態：不論這兩個粒子分離多遠，它們之間都存在一種神秘的關聯，以致使當對其中一個粒子進行測量并發現它處于某種狀態時，另一個粒子的狀態會瞬時地改變到同樣的狀態。這種神秘的關聯被稱為“量子非定域性”。

　　隨著光量子調控實驗技術的逐漸成熟和對量子非定域性研究的不斷深入，自上世紀80 年代開始，人們發現，量子物理與信息技術相結合，可以開拓與經典方式具有本質區別的全新的信息處理和通信方式。于是，一門新興的學科——量子信息科學就此誕生。

　　在量子力學中，量子信息是關于量子系統“狀態”所帶有的物理信息。它是通過量子系統的各種相干特性(如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等)，進行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。

　　甫一問世，量子信息科學就迅速成為近年來物理學和信息科學領域最活躍的研究前沿之一。利用量子調控技術，能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，在增大信息傳輸容量、提高運算速度、確保信息安全等方面突破經典信息技術的瓶頸。

　　因此，量子信息科學拓寬和深化了量子理論在改變人類生活和社會面貌方面的應用，成為未來信息技術的戰略性發展方向，很有可能會推動整個信息產業的技術革命。

　　量子信息主要包括量子通信和量子計算兩個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態、遠距離量子通信的技術等等;量子計算主要研究量子計算機和適合于量子計算機的量子算法。

　　而要說到最先走向實用化的量子信息技術，非量子通信莫屬。

　　絕對安全的量子通信

　　安全地進行信息傳遞是人類千百年來的夢想之一。但在今日這個信息技術飛速進步的時代，安全通信卻幾乎成為海市蜃樓。

　　由于經典信息容易被復制，因此保障通信安全的主要方法就是加密信息，使竊取者即使復制了加密后的密文也無法讀取原文。

　　但是這種方法的安全性在理論上缺乏證明——數學的不斷進步可能使得一些現在看起來無法利用數學方法破解的加密解密算法在未來得以破解，因此這種方法遠不能保證建造“絕對安全”的通信系統，而且在實際應用中也存在著加密和解密效率低下等諸多問題。

　　更為嚴峻的是，隨著計算科學和技術的發展，人類所擁有的計算能力的提升速度和潛力已遠遠超過了人們最初的想象，經典密碼加密技術對于通信安全的保障能力也顯得遠非人們預先估計的那么可靠了。尤其是上世紀70 年代以來，量子計算概念的提出和它的初步實驗演示，更如同在經典密碼安全性上方高懸的“達摩克利斯之劍”，隨時威脅著經典通信系統的安全。