量子熱學(xué)的構(gòu)建帶來(lái)了第一次量子革命，催生了以現(xiàn)代信息技術(shù)為代表的第三次工業(yè)革命，從根本上改變了人類的生活形式和社會(huì)面貌。
隨著人類對(duì)量子熱學(xué)的認(rèn)識(shí)、理解和研究不斷深入，以微觀粒子系統(tǒng)為操控對(duì)象，利用其獨(dú)到化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行信息獲取、處理和傳輸的量子信息技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并有望促進(jìn)第二次量子革命，對(duì)未來(lái)社會(huì)形成本質(zhì)的影響。
量子信息技術(shù)主要包括量子估算、量子通訊和量子檢測(cè)三大領(lǐng)域，其中，量子通訊早已成為信息通訊技術(shù)變遷和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)注焦點(diǎn)之一。
糾纏特點(diǎn)讓一對(duì)量子“心靈相通”
一對(duì)糾纏量子雖然相距遙遠(yuǎn)距離，其中一個(gè)粒子的行為也會(huì)頓時(shí)影響另一個(gè)的狀態(tài)，這些空間影響速率可趕超光速，打破了愛(ài)因斯坦提出的定域性原理。
量子通訊借助量子疊加態(tài)或量子糾纏效應(yīng)等進(jìn)行信息或秘鑰傳輸量子通訊的原理，基于量子熱學(xué)原理保證傳輸安全性，主要分量子隱型傳態(tài)和量子秘鑰分發(fā)兩類。這個(gè)過(guò)程中，量子的疊加態(tài)特點(diǎn)發(fā)揮了重要作用，甚至量子糾纏也是多粒子的一種疊加態(tài)。
量子糾纏指的是粒子在由兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子組成系統(tǒng)中互相影響的現(xiàn)象，雖然相距遙遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的行為也會(huì)影響另一個(gè)的狀態(tài)。當(dāng)其中一顆被操作（比如量子檢測(cè)）而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會(huì)即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。
這些跨越空間的、瞬間影響雙方的量子糾纏，以前被稱為“鬼魅似的超距作用”，愛(ài)因斯坦曾據(jù)此來(lái)指責(zé)量子熱學(xué)的完備性，由于這個(gè)超距作用違背了他提出的定域性原理，即任何空間上互相影響的速率都不能超過(guò)光速。
化學(xué)學(xué)家玻姆在愛(ài)因斯坦的定域性基礎(chǔ)上，提出了隱變量理論來(lái)解釋這些超距互相作用，他覺(jué)得微觀粒子沒(méi)有客觀實(shí)在性，只有當(dāng)人們檢測(cè)時(shí)它們才具有確定的性質(zhì)。化學(xué)學(xué)家貝爾通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了量子非定域性的存在，向世人證明了量子糾纏是非定域的，而隱變量理論是錯(cuò)的。
1984年量子通訊的原理，IBM的貝內(nèi)特和加拿大學(xué)院的布拉薩德提出了第一個(gè)實(shí)用型量子秘鑰分配系統(tǒng)，被稱BB84方案，即將標(biāo)志量子保密通訊的誕生。
BB84方案的基本原理是，收發(fā)雙方的信息可以用光子偏振光態(tài)表示，如果張三利用隨機(jī)偏振光發(fā)送信息，李四發(fā)覺(jué)并記錄下信息。之后，張三在公頻告知李四偏振光頻度，雙方根據(jù)正確的偏振光比對(duì)選擇的信息部份。
事實(shí)上，BB84方案似乎應(yīng)用了量子通道，傳輸?shù)膮s仍是精典信息，而真正的量子通訊是將信息編碼在量子比特上，在量子通道中將量子比特從乙方傳給甲方，直接實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。
例如在精典通訊中，張三將須要傳輸?shù)奈募?jīng)過(guò)掃描后得到的信息，通過(guò)精典通道傳送給李四，前者可將文件復(fù)印下來(lái)。但是，張三不可能用這些方法將一個(gè)量子態(tài)傳輸給李四。由于要傳輸就必需要檢測(cè)，但量子態(tài)一經(jīng)檢測(cè)便發(fā)生坍縮，不再是原先的量子態(tài)了。
這么，怎樣在不造成坍縮的情況下，將一個(gè)量子態(tài)傳輸出去呢？
1993年貝內(nèi)特等人提出了基于EPR對(duì)（總動(dòng)量總載流子為零的粒子對(duì)）的隱型傳態(tài)合同，借助兩個(gè)精典比特信道和一個(gè)纏繞比特實(shí)現(xiàn)了一個(gè)量子比特的傳輸。這個(gè)傳輸過(guò)程先是制備兩個(gè)有糾纏的量子（粒子）A和B，如果張三和李四各持一個(gè)。之后，張三對(duì)須要傳送的量子態(tài)X和手中的A做“貝爾檢測(cè)”，確認(rèn)兩個(gè)粒子深陷糾纏。檢測(cè)后，X的量子態(tài)坍縮了，但它的狀態(tài)信息隱藏在A中，使A也發(fā)生變化，但并非坍縮。
由于A和B相互糾纏，A的變化立刻影響B(tài)，讓B也發(fā)生變化。不過(guò)這個(gè)時(shí)侯李四還不能觀察B，直至從精典通道得到張三傳來(lái)的信息。
張三將檢測(cè)結(jié)果（即A發(fā)生的變化）告訴李四，之后，李四對(duì)B進(jìn)行相應(yīng)的變換處理，才能使B成為和原先的X一模一樣的量子態(tài)。這個(gè)傳輸過(guò)程完成以后，即使X坍縮了，但X所有的信息都傳輸?shù)搅薆上，這個(gè)過(guò)程就被稱為隱型傳態(tài)。
量子隱型傳態(tài)中傳遞的量子信息是一種量子態(tài)，B粒子獲得A粒子最初的狀態(tài)時(shí)，A粒子的狀態(tài)必然改變。在任何時(shí)刻都只能有一個(gè)粒子處于目標(biāo)狀態(tài)，所以只是狀態(tài)的“移動(dòng)”，而不是“復(fù)制”。
被嚴(yán)格證明的無(wú)條件安全
依照量子的不可克隆特點(diǎn)，任何監(jiān)聽者企圖攔截量子通訊時(shí)，就會(huì)對(duì)量子態(tài)導(dǎo)致破壞。收發(fā)信息雙方只要對(duì)比部份秘鑰，才能判定信息是否被查獲。
復(fù)制（即克隆）任何一個(gè)粒子的狀態(tài)前，首先都要檢測(cè)這個(gè)狀態(tài)。并且量子態(tài)十分脆弱，任何檢測(cè)就會(huì)改變量子態(tài)本身，亦即量子態(tài)坍縮，因而量子態(tài)未能被任意克隆。這些量子的不可克隆特點(diǎn)早已經(jīng)過(guò)了物理上的嚴(yán)格證明。
監(jiān)聽者企圖攔截精典信息時(shí)，都會(huì)復(fù)制這份精典信息。在量子態(tài)傳輸過(guò)程中，由于未能克隆任意量子態(tài)，于是在監(jiān)聽者監(jiān)聽攔截量子通訊的時(shí)侯，還會(huì)銷毀他所查獲到的這個(gè)量子態(tài)。
正因這么，我們直接傳輸量子比特時(shí)，不用構(gòu)建量子密碼。量子秘鑰的形成過(guò)程，同時(shí)就是分配過(guò)程，通訊雙方同時(shí)獲得秘鑰，并不須要第二者信使在中間傳輸。
量子秘鑰分配，就是構(gòu)建起完全安全的秘鑰傳輸通道。由于光子有兩個(gè)偏振光方向，但是互相垂直，所以信息的發(fā)送者和接收者，都可以簡(jiǎn)單地選定90度的檢測(cè)方法或45度的檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)光子。
得到全部檢測(cè)結(jié)果后，她們之間通過(guò)精典信道，如電話、QQ等構(gòu)建聯(lián)系，相互分享各自用過(guò)的檢測(cè)方法，相同的檢測(cè)方法所對(duì)應(yīng)的二補(bǔ)碼比特，就是她們最終生成的密碼。須要注意的是，只有當(dāng)發(fā)送方和接收方所選擇的檢測(cè)方法相同的時(shí)侯，傳輸比特能夠被保留出來(lái)用作秘鑰。
想曉得是否存在查獲者，發(fā)送方和接收方只須要掏出一小部份秘鑰來(lái)對(duì)照。假如發(fā)覺(jué)相互有25%的不同，這么就可以判定信息被查獲了。同理，假如信息未被查獲，這么兩者密碼的相同率是100%。假如發(fā)覺(jué)監(jiān)聽，就立即關(guān)掉通訊，或重新分配秘鑰，直至沒(méi)人監(jiān)聽為止。
正是因?yàn)榱孔硬豢煽寺《桑尳邮辗讲拍懿煊X(jué)秘鑰的錯(cuò)誤，停止秘鑰通訊，因而也就保證了量子加密信息的絕對(duì)安全性。
超光速通訊仍然未能實(shí)現(xiàn)
雖然量子糾纏速率可趕超光速，但這些量子態(tài)的改變并不為人類意志所發(fā)生變化。具體的信息由一串有序符號(hào)構(gòu)成，這些信息的發(fā)送難以趕超光的速率。
中國(guó)科學(xué)家潘建偉率領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)曾在西藏做過(guò)量子糾纏的速率下限測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明量子糾纏的速率起碼是光速的上萬(wàn)倍。這么，借助量子糾纏特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)超光速通訊呢？答案是否定的。
假如把甲乙兩個(gè)糾纏粒子置于AB兩地，改變A地的粒子，B地粒子也同時(shí)發(fā)生相應(yīng)改變。因?yàn)榱孔訜釋W(xué)的非局域性，這些改變只能是隨機(jī)的，并不會(huì)完全依照人的意愿進(jìn)行。由于，有效的信息必須是一連串最基本的有序符號(hào)構(gòu)成，假如代表的是一個(gè)蘋果的信息，這么我們操縱一個(gè)量子糾纏系統(tǒng)，就得促使它按次序發(fā)送這樣的符號(hào)。
很可惜，操縱量子得到的結(jié)果只是隨機(jī)的。這是量子化學(xué)最令人困擾的一點(diǎn)：當(dāng)你曉得系統(tǒng)完整狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)的其余部份進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)糾纏獲取系統(tǒng)某一個(gè)部份的信息，并且不能從糾纏系統(tǒng)的某個(gè)部份創(chuàng)建并發(fā)送信息到另一部份。雖然這個(gè)看法很聰明，但超光速通訊仍然是不可能實(shí)現(xiàn)的。
量子熱學(xué)中狀態(tài)的變化是瞬時(shí)的，在懸疑連續(xù)劇中，常常有把人從一個(gè)地方頓時(shí)傳送到另一個(gè)地方的鏡頭，甚至覺(jué)得借助糾纏來(lái)實(shí)現(xiàn)的量子隱型傳態(tài)可以推翻相對(duì)論，實(shí)現(xiàn)超光速傳輸。
雖然，這也是一種誤讀。量子隱型傳態(tài)的方案包括若干步，其中一步是上文中的張三將檢測(cè)結(jié)果（即A發(fā)生的變化）告訴李四，能夠把B粒子的狀態(tài)弄成目標(biāo)狀態(tài)。這個(gè)信息須要用精典的通訊方法，比如打電話、發(fā)短信等，速率不能超過(guò)光速，所以基于量子糾纏的量子隱型傳態(tài)速率也不能超過(guò)光速。