揭秘量子信息与通信：“绝对安全”解决国防信息安全问题

　　作为现代物理学的两大基石，量子力学和相对论分别在微观领域和宏观大尺度领域取得了辉煌的成功。它们不仅革命性地改变了人们对自然界基本规律的认识，极大地改变了人类的生活方式和社会面貌，更对人类固有的经典世界观产生了根本性的颠覆。

　　其中，因为量子物理与信息技术相结合而开拓出的、与经典方式具有本质区别的新兴学科——量子信息，更成为了当下人们关注的焦点。

　　伴随着量子信息技术逐渐走向实用化，其衍生出的量子通信技术，更被誉为是继微电子信息之后，最有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术。

　　革命性的量子信息

　　量子，是构成物质的最基本单元，是能量的最基本携带者，不可分割。量子比特是一个二维的量子系统，它构成量子信息的基本单元，量子信息由量子比特的状态来表示。与经典比特具有根本区别的是，量子比特不仅可以处于两个基本状态，还可以处于它们的任意迭加态，这就是量子迭加原理。

　　而当量子迭加原理应用到两个粒子时，量子理论预言这两个粒子可以处在一种奇怪的纠缠状态：不论这两个粒子分离多远，它们之间都存在一种神秘的关联，以致使当对其中一个粒子进行测量并发现它处于某种状态时，另一个粒子的状态会瞬时地改变到同样的状态。这种神秘的关联被称为“量子非定域性”。

　　随着光量子调控实验技术的逐渐成熟和对量子非定域性研究的不断深入，自上世纪80 年代开始，人们发现，量子物理与信息技术相结合，可以开拓与经典方式具有本质区别的全新的信息处理和通信方式。于是，一门新兴的学科——量子信息科学就此诞生。

　　在量子力学中，量子信息是关于量子系统“状态”所带有的物理信息。它是通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。

　　甫一问世，量子信息科学就迅速成为近年来物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一。利用量子调控技术，能够用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵，在增大信息传输容量、提高运算速度、确保信息安全等方面突破经典信息技术的瓶颈。

　　因此，量子信息科学拓宽和深化了量子理论在改变人类生活和社会面貌方面的应用，成为未来信息技术的战略性发展方向，很有可能会推动整个信息产业的技术革命。

　　量子信息主要包括量子通信和量子计算两个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等;量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。

　　而要说到最先走向实用化的量子信息技术，非量子通信莫属。

　　绝对安全的量子通信

　　安全地进行信息传递是人类千百年来的梦想之一。但在今日这个信息技术飞速进步的时代，安全通信却几乎成为海市蜃楼。

　　由于经典信息容易被复制，因此保障通信安全的主要方法就是加密信息，使窃取者即使复制了加密后的密文也无法读取原文。

　　但是这种方法的安全性在理论上缺乏证明——数学的不断进步可能使得一些现在看起来无法利用数学方法破解的加密解密算法在未来得以破解，因此这种方法远不能保证建造“绝对安全”的通信系统，而且在实际应用中也存在着加密和解密效率低下等诸多问题。

　　更为严峻的是，随着计算科学和技术的发展，人类所拥有的计算能力的提升速度和潜力已远远超过了人们最初的想象，经典密码加密技术对于通信安全的保障能力也显得远非人们预先估计的那么可靠了。尤其是上世纪70 年代以来，量子计算概念的提出和它的初步实验演示，更如同在经典密码安全性上方高悬的“达摩克利斯之剑”，随时威胁着经典通信系统的安全。