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想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。嚴肅地說，想象力是科學研究中的實在因素。—愛因斯坦（A.Einstein）
量子通信是利用量子糾纏和量子態(tài)的特性來實現通信的一種方式。量子糾纏是指兩個或多個量子系統(tǒng)之間存在一種特殊的相互關系，即使它們之間的距離很遠，它們的狀態(tài)仍然是相關的。這種相互關系可以用來傳輸信息。量子態(tài)是指一個量子系統(tǒng)的狀態(tài)，它可以是一個粒子的自旋、位置等。
一、量子通信概述
量子通信是由量子態(tài)攜帶信息的通信，它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現保密通信。追溯量子通信的起源，還得從愛因斯坦的量子糾纏——糾纏態(tài)粒子之間的相互影響說起，幾十年來，物理學家一直試圖驗證這種神奇特性是否真實。1982年，法國物理學家艾倫·愛斯派克特（Alain·Aspect）小組成功地完成了一項實驗，證實了微觀粒子——量子糾纏現象確實存在。實驗證實了愛因斯坦的幽靈——任何兩種物質之間，不管距離多遠，都有可能相互影響，而不受四維時空的約束。
在量子糾纏理論的基礎上，1993年，美國科學家C.H.Bennett提出了量子通信的概念。
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(tài)的遠程傳輸。這是國際上首次在實驗中成功地將一個量子態(tài)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(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。
量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種絕對安全的新型通信方式，其核心就是通過量子密鑰分發(fā)，實現相距遙遠的通信雙方共享絕對安全的魚子密鑰。所以，量子密鑰分發(fā)的發(fā)展史幾乎也就是量子通信的發(fā)展史。魚子密鑰分發(fā)需要將信息編碼在單個光子的量子態(tài)上，但是在實際的量子密鑰分發(fā)實驗中，由于理想的單光子源技術尚不成熟，通常使用弱相干光源作為替代，這也導致保密性的降低。2005年，清華大學王向斌教授和多倫多大學Lo等人分別獨立提出了可實用化的誘騙態(tài)方案，大大提升了基于弱相干光源的量子密鑰分發(fā)的理論安全傳輸距離。隨后，量子通信得到了飛速發(fā)展，并逐步邁入實用化的階段。
在已經成熟的經典光纖通信技術的支持下，基于光纖傳輸的量子通信發(fā)展尤為迅猛。
1993年，日內瓦大學Muller等人首次完成了基于偏振態(tài)編碼的光纖量子密鑰分發(fā)實驗，傳輸距離為1km，隨后在1995年將這個距離提高到了23km。誘騙態(tài)理論提出后，在2007年，中國科學技術大學潘建偉小組完成了100km光纖傳輸距離的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實驗。2010年，潘建偉小組實現了200km的光纖量子密鑰分發(fā)實驗。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)量子密鑰的最大傳輸距離。
另一方面，隨著光纖傳輸量子通信技術的成熟，實用化的光纖傳輸量子通信網絡也逐漸發(fā)展起來，包括美國的DARPA量子通信網絡、歐洲的SECOQC量子通信網絡、瑞士的SwissQuantum量子通信網絡和東京的Tokyo量子通信網絡等。而中國科學技術大學潘建偉小組也分別在北京、濟南和合肥建立了實用化的城域量子通信實驗網，結合目前正在建設中的量子通信京滬干線，將在未來連接北京、濟南、合肥和上海，實現可擴展的廣域網光纖傳輸量子通信。
二、量子通信系統(tǒng)量子通信是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式，是量子論和信息論相結合的新領域，主要涉及量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。
量子通信的基本思想是，將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經經典信道和量子信道傳送給接收者，如圖10.8.1所示。經典信息是發(fā)送者對原物質進行某種測量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測量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)的完全復制品。該過程中傳送的僅是原物質的量子態(tài)，而不是原物本身。
圖10.8.1量子通信系統(tǒng)原理示意圖
