想像力比知識(shí)更重要，由于知識(shí)是有限的，而想像力概括著世界上的一切，促使著進(jìn)步，而且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。嚴(yán)肅地說(shuō)，想像力是科學(xué)研究中的實(shí)在誘因?！獝?ài)因斯坦（A.）
量子通訊是借助量子糾纏和量子態(tài)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊的一種形式。量子糾纏是指兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間存在一種特殊的互相關(guān)系，雖然它們之間的距離很遠(yuǎn)，它們的狀態(tài)依然是相關(guān)的。這些互相關(guān)系可以拿來(lái)傳輸信息。量子態(tài)是指一個(gè)量子系統(tǒng)的狀態(tài)，它可以是一個(gè)粒子的載流子、位置等。
一、量子通訊概述
量子通訊是由量子態(tài)攜帶信息的通訊，它借助光子等基本粒子的量子糾纏原理實(shí)現(xiàn)保密通訊。溯源量子通訊的起源，還得從愛(ài)因斯坦的量子糾纏——糾纏態(tài)粒子之間的互相影響說(shuō)起，幾六年來(lái)，化學(xué)學(xué)家仍然企圖驗(yàn)證這些神奇特點(diǎn)是否真實(shí)。1982年，澳洲化學(xué)學(xué)家艾倫·愛(ài)斯派克特（Alain·）小組成功地完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，否認(rèn)了微觀粒子——量子糾纏現(xiàn)象確實(shí)存在。實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了愛(ài)因斯坦的幽靈——任何兩種物質(zhì)之間，不管距離多遠(yuǎn)，都有可能互相影響，而不受四維時(shí)空的約束。
在量子糾纏理論的基礎(chǔ)上，1993年，加拿大科學(xué)家C.H.提出了量子通訊的概念。
1997年，在法國(guó)留學(xué)的中國(guó)青年學(xué)者潘建偉與法國(guó)學(xué)者丹巴斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。這是國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)中成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)闹皇鞘惆l(fā)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。
量子通訊是指借助量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種絕對(duì)安全的新型通訊方法，其核心就是通過(guò)量子秘鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)相距遙遠(yuǎn)的通訊雙方共享絕對(duì)安全的魚(yú)子秘鑰。所以量子傳輸實(shí)物，量子秘鑰分發(fā)的發(fā)展史幾乎也就是量子通訊的發(fā)展史。魚(yú)子秘鑰分發(fā)須要將信息編碼在單個(gè)光子的量子態(tài)上，并且在實(shí)際的量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槔硐氲膯喂庾釉醇夹g(shù)尚不成熟，一般使用弱相干光源作為代替，這也造成保密性的減少。2005年，復(fù)旦學(xué)院王向斌院士和倫敦學(xué)院Lo等人分別獨(dú)立提出了可實(shí)用化的引誘態(tài)方案，大大提高了基于弱相干光源的量子秘鑰分發(fā)的理論安全傳輸距離。此后，量子通訊得到了急速發(fā)展，并逐漸步入實(shí)用化的階段。
在早已成熟的精典光纖通訊技術(shù)的支持下，基于光纖傳輸?shù)牧孔油ㄓ嵃l(fā)展尤為迅猛。
1993年，日內(nèi)瓦學(xué)院等人首次完成了基于偏振光態(tài)編碼的光纖量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，傳輸距離為1km，此后在1995年將這個(gè)距離提升到了23km。引誘態(tài)理論提出后，在2007年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉小組完成了100km光纖傳輸距離的引誘態(tài)量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。2010年，潘建偉小組實(shí)現(xiàn)了200km的光纖量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。2015年，Korzh等人將傳輸距離刷新到307km，這是目前光纖信道分發(fā)量子秘鑰的最大傳輸距離。
另一方面，隨著光纖傳輸量子通訊技術(shù)的成熟，實(shí)用化的光纖傳輸量子通訊網(wǎng)路也漸漸發(fā)展上去，包括日本的DARPA量子通訊網(wǎng)路、歐洲的量子通訊網(wǎng)路、瑞士的量子通訊網(wǎng)路和東京的Tokyo量子通訊網(wǎng)路等。而中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉小組也分別在上海、濟(jì)南和西安構(gòu)建了實(shí)用化的城域量子通訊實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，結(jié)合目前正在建設(shè)中的量子通訊滬寧干線，將在未來(lái)聯(lián)接天津、濟(jì)南、合肥和北京，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)充的廣域網(wǎng)光纖傳輸量子通訊。
二、量子通訊系統(tǒng)
量子通訊是借助量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通訊方法，是量子論和信息論相結(jié)合的新領(lǐng)域，主要涉及量子密碼通訊、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。
量子通訊的基本思想是，將原物的信息分成精典信息和量子信息兩部份，它們分別經(jīng)精典信道和量子信道傳送給接收者，如圖10.8.1所示。精典信息是發(fā)送者對(duì)原物質(zhì)進(jìn)行某種檢測(cè)而獲得的，量子信息是發(fā)送者在檢測(cè)中未提取的其余信息；接收者在獲得了這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復(fù)制品。該過(guò)程中傳送的僅是原物質(zhì)的量子態(tài)，而不是原物本身。
圖10.8.1量子通訊系統(tǒng)原理示意圖
在圖10.8.1中，A端是量子傳態(tài)的發(fā)送者，B端是量子傳態(tài)的接收者。精典信道是指?jìng)魉蛿?shù)據(jù)、聲音粒子①的光纖信道或無(wú)線信道，傳送的是精典信息。量子信道指的是處在量子糾纏狀態(tài)的粒子對(duì)②、③，糾纏源把粒子②發(fā)給A端，把粒子③發(fā)給B端，它們之間傳遞的是量子信息。A端對(duì)手中的粒子①和粒子②進(jìn)行檢測(cè)，并將其檢測(cè)結(jié)果作為精典信息通過(guò)精典信道立刻通知B端，B端按A端的通知，變換為粒子①原來(lái)的狀態(tài)，并制備在粒子③上，完成了量子信息由A到B的傳送。
量子通訊與精典通訊有以下特點(diǎn)：量子信息傳遞時(shí)無(wú)須預(yù)先曉得接收方在那里；量子信息傳遞過(guò)程不會(huì)被任何障礙所阻隔，因此，量子隱型傳態(tài)是量子態(tài)的超空間傳送；量子信息的傳遞速率取決于量子態(tài)的塌縮速率，而塌縮速率大大超過(guò)光速，因此，量子信息的傳遞速率是超光速的；原物信息的傳遞仍需精典信道，而精典信道上信息的傳遞速率不會(huì)超過(guò)光速，故原物信息的傳遞速率不會(huì)超過(guò)光速。
三、量子通訊的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)通訊方法相比，量子通訊具有以下優(yōu)勢(shì)：
1.安全性高：因?yàn)榱孔油ㄓ嵔柚孔恿W(xué)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊，因而具有高度的安全性。傳統(tǒng)的加密方法可以被破解，而量子通訊則不會(huì)遭到監(jiān)聽(tīng)和破解的恐嚇。
2.傳輸距離遠(yuǎn)：量子糾纏可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通訊，因而量子通訊可以在更遠(yuǎn)的距離內(nèi)傳輸信息。
3.傳輸速率快：量子通訊的傳輸速率比傳統(tǒng)通訊方法更快，可以在更短的時(shí)間內(nèi)傳輸更多的信息。四、量子通訊的發(fā)展趨勢(shì)量子通訊是一種新興的通訊技術(shù)，它的發(fā)展前景十分寬廣。未來(lái)的量子通訊技術(shù)將會(huì)有以下趨勢(shì)：
1.發(fā)展量子網(wǎng)路：量子網(wǎng)路是指由多個(gè)量子節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)路，它可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的量子通訊。未來(lái)的量子通訊技術(shù)將會(huì)發(fā)展出更為復(fù)雜的量子網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更為高效的通訊。
2.提升量子通訊的速率：目前，量子通訊的傳輸速率還比較慢，未來(lái)的量子通訊技術(shù)將會(huì)提升傳輸速率，實(shí)現(xiàn)更為高效的通訊。
3.實(shí)現(xiàn)量子通訊的商業(yè)化：量子通訊目前還處于實(shí)驗(yàn)階段，未來(lái)的量子通訊技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量子傳輸實(shí)物，為人們的日常生活帶來(lái)更多的便利。五、總結(jié)量子通訊是一種全新的通訊方法，它借助量子力學(xué)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全的通訊。未來(lái)的量子通訊技術(shù)將會(huì)發(fā)展出更為復(fù)雜的量子網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更為高效的通訊。其實(shí)目前的量子通訊技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)階段，并且未來(lái)的量子通訊技術(shù)將會(huì)為人們的日常生活帶來(lái)更多的便利。
