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制图：张芳曼
打个电话 ， 会不会被窃听？通过网络传送一份保密文件 ， 途中被他人窃取咋办……现代社会 ， 信息安全面临的问题越来越多 。
有没有一种不可破译的保密方式 ， 能让传送的信息绝对安全可靠？近些年来 ， 量子通信技术的飞跃发展正让梦想成为现实 。
一问：什么是量子？
量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称 ， 是能量的最基本携带者 。
量子是物理世界里最小的、不可分割的基本单元 ， 是能量的最基本携带者 。 它是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称 。 可以说 ， 整个世界都是由量子组成的 。 比如 ， 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现象 ， 其中最为著名的就是量子叠加和量子纠缠 。
“量子世界跟宏观世界最大的区别 ， 就是量子有多个可能状态的叠加态 。 ”中科院量子信息与量子科技创新研究院、中国科学技术大学上海研究院副研究员张文卓说 ， “这种现象在宏观世界里是存在不了也无法维持的 。 在宏观的经典世界里 ， 1就是1 ， 2就是2 。 而在微观的量子世界中 ， 一个状态可以存在于1和2之间 ， 它既不是1 ， 也不是2 ， 但它既是1 ， 又是2 。 ”
“打个比方吧 ， 这就好比孙悟空的分身术 。 一个孙悟空可以同时出现在多个地方 ， 孙悟空的各个分身就像是他的叠加态 。 ”中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟解释道 ， “在日常生活中 ， 一个人不可能同时出现在两个地方 。 但在量子世界里 ， 作为一个微观的客体 ， 它能够同时出现在许多地方 。 ”
而所谓量子纠缠 ， 也是量子叠加的一种表现 ， 是指两个处在纠缠态的量子一旦分开 ， 不论分开多远 ， 如果对其中的一个粒子测量 ， 另一个粒子就会立即发生变化 ， 且是不需要时间的变化 。
“这两个纠缠在一起的量子就好比是一对有心电感应的双胞胎 ， 不管两人距离多远 ， 千公里量级或者更远 ， 只要当其中一个人的状态发生变化时 ， 另一个人的状态也会跟着发生一样的变化 。 爱因斯坦称之为‘幽灵般的超距作用’ 。 ”潘建伟说 ， “量子纠缠所体现的这种非定域性是量子力学最神奇的现象之一 。 ”
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二问：什么是量子通信？
量子通信是利用量子力学原理对量子态进行操控的一种通信形式 ， 可以有效解决信息安全问题
近年来 ， 随着量子的各种奇妙特性被科学家不断认识 ， 实用的新技术也被逐渐开发出来 ， 量子通信就是其中之一 。
量子通信是量子信息学的一个重要分支 ， 它利用量子力学原理对量子态进行操控 ， 在两个地点之间进行信息交互 ， 可以完成经典通信所不能完成的任务 。 量子通信是迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式 ， 可以有效解决信息安全问题 。
张文卓说：“通常来讲 ， 量子通信分为两种 ， 一种是量子密钥分发；另外一种是量子隐形传态 。 前者是利用量子的不可复制性以及测量的随机性来生成量子密码 ， 给传统的数字通信加密；而后者则是利用量子纠缠直接传送量子比特 。 量子隐形传态是为了给未来的量子计算机之间的通信使用 。 ”
那么 ， 量子密钥分发是如何生成量子密码来给传统的通信加密的？
“假如 ， 信息发送者甲想和信息接收者乙共享量子密码 。 首先 ， 发送者甲需要把一个个独立的单光子发送给乙 ， 一边发一边随机地选择单光子的状态 ， 并把自己的随机选择方式记录下来 。 同时乙也需要把收到的光子随机地测量一遍 ， 然后把每个测量方式通过经典通信方式告诉甲 。 ”张文卓说 ， “接下来 ， 甲把乙的测量方式和自己的随机选择方式做对比 ， 保留测量方式相同的光子 ， 去掉不同的 。 留下的这些光子的测量结果 ， 就构成了量子密码 。 然后 ， 乙就可以依据这些密码打开保密信息 。 ”
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