量子通信迄今最通俗易懂的解釋在哪裡？
本人本科期間曾經做過相關工作。為了回答這個問題，我用量子密碼通信的早期協議，BB84協議作為例子，跟大家解釋什麼是量子通信。我的語言會盡量通俗，便於大家理解。==========================================================================問題一：為什麼量子通信安全，而傳統通信存在「隱患」？
圖1 通信系統示意圖
如圖1所示，其中Alice為發送者，Bob為接受者，二者為合法用戶。但系統中存在竊聽者Eve，在電纜通信中，Eve只需要把類似萬用表或者示波器一樣的東西，接在Alice和Bob之間的電纜上，便能夠輕鬆且聽到所有信息。這個手段最恐怖的地方在於，竊聽者Eve並不會改變和影響信息的信號，包括波形和強度。這樣會導致Bob根本無法發現竊聽者Eve的存在。同樣，對於光纖通信，也存在類似的問題。
圖2 光纖彎曲竊聽法
上圖2便是一種典型的光纖竊聽方案，現在國內外已經有很多此類產品。原理是通過將光纖彎曲，使得部分光信號外泄，並被相應的探測器探測到。而由於光纖損耗會受到環境因素，例如溫度，壓力的影響，導致光纖損耗本來就是飄忽不定的。因此，竊聽所導致的損耗會淹沒在環境變化里，無法被接收端Bob察覺。此外，我知道的典型光纖竊聽方案還有散射法，存在的問題相同，在此不再贅述。所以總結一下，電纜通信和光纖通信存在兩個問題：
- 竊聽手段簡單
- 竊聽者無法被察覺
圖3 郭光燦院士公開課課件（鏈接見後）
其破解難度很高，甚至於最快的超級計算機也無法快速破解。如圖3所示，我們需要考慮未來的事情，即將來計算機技術可能得到突破，比如超級計算機技術的發展和量子計算機的出現等等，這會使軟體加密的破譯速度越來越快，使得破譯存在可能。以上便是傳統通信中存在的隱患。而量子通信恰恰利用了物理學的基本原理，解決了上問題：
- 測不準原理(Uncertainty principle)
- 量子不可克隆原理
- 單個光子不可再分
圖4 海森堡測不準原理圖解（大學物理中會涉及）
當信息以量子為載體時,根據量子力學原理，微觀世界中粒子位置是不可能被確定的,它總是以不同的概率存在於不同的地方，這一點可以參考薛定諤的貓。而對未知狀態系統的每一次測量都必將改變系統原來的狀態。也就是說，測量後的微粒相比於測量之前，必然會產生變化。同時由於量子不可克隆原理，竊聽者Eve無法克隆任意量子態，於是在竊聽者Eve在竊聽量子信道時，就不得不銷毀他所截獲到的這個量子態微粒。
一句話總結：如果竊聽者Eve竊聽了信息，那麼必然會對信息的信號產生影響，因此接收端Bob可以通過檢測誤碼率，或者是跟發送端Alice協商，通過分析信號是否正常，來判斷是否存在竊聽者Eve。
問題二：量子通信有哪些協議？是如何工作的？
圖5 克勞德·香農（1916-2001）註：今年是香農的百年誕辰
首先保密通信需要使用密鑰，分別在發送端對信息進行加密，然後使用相同密鑰在接收端解密。
基於此我的祖師爺，資訊理論創始人香農，在上世紀50年代對無條件安全做出過開創性的研究。他總結出了「一次一密」的無條件安全的條件，顧名思義即
- 密鑰真隨機且「只使用一次」
- 與明文等長且按位進行二進位異或操作
該方法的優點是理論上不可破譯，且香農進行了嚴格的理論證明。但其缺點是需要大量密鑰，而密鑰的更新和分配存在漏洞！即存在被竊聽的可能性！
所以不解決密鑰分發的問題，就不可能實現無條件安全。這也導致了在香農發布了這一成果之後，根本沒有人商業使用這種方式，據說只有莫斯科和華盛頓之間的通信，曾經使用過這種方法。
而現在，我們可以通過量子力學原理，解決一次一密中的密鑰分發問題。
於是在1984年，IBM公司的Bennett和加拿大的Brassard提出來了量子密鑰分配的新概念，和對應的量子密鑰分配協議——BB84協議。
為了理解這個協議，需要介紹一下量子比特，比如單光子的偏振方向:
圖6 量子比特編碼方式
如圖所示，我們將
- 碼元0對應光子偏振方向為水平或斜向下45度
- 碼元1對應光子偏振方向為垂直或斜向上45度
圖7 測量基示意圖
圖8 測量過程（源郭院士公開課，懶得自己畫了。。。）
比如，Alice端發送編碼方式1（垂直/水平），同時接收端Bob使用測量基1進行解碼，這時候能夠完美解碼。而重點是Alice端發送編碼方式1（垂直/水平），同時接收端Bob改用測量基2進行解碼，這時候會出現什麼情況呢？那就是無論水平信號，還是垂直信號，都會有50%的幾率被測成斜向上信號0和斜向下信號1。換句話說，這種測量方式無法獲取信息。
圖9 BB84協議（源郭院士公開課，懶得自己畫了。。。）
所以說，BB84協議流程如下：1.發送端Alice隨機生成上述四種密鑰（垂直，水平，斜上，斜下），生成後密鑰的狀態即確定。2.接收端Bob隨機使用兩種測量基，對Alice發送的密鑰進行解調。因為Bob隨機選用測量基，所以會有一半幾率選用不正確的測量基。如圖9所示，發送序列和接受序列分別為：- 10110011001110
- 10010011000100
圖10 判斷是否有竊聽者（源郭院士公開課，懶得自己畫了。。。）
- 如果Eve選錯了測量基（50%概率），那麼必然會改變信號，使得Alice發送的信號和Bob接收的信號不一致。經過上述協議後，Alice和Bob端的量子密鑰不一樣，會造成Bob端無法解碼或者誤碼率增大。因而Bob可以通過上述現象，判斷是否存在竊聽者Eve。
- 通過計算，可以得知在每個比特（碼元）上，Bob有25%的概率發現竊聽者。因此如果有100個碼元，那麼Eve不被發現的概率為(1-25%)^100=3.2* 10^(-13)，可以忽略不計。更何況，實際通信中，碼元的數量遠遠超過100個。換句話，如果我們無需考慮Eve能夠隨機蒙01，最後蒙對每個碼元的概率，那麼我們也無需考慮Eve每次都恰好不被發現的小概率。該過程如圖10所示。
最後推薦一門網易公開課，授課人是郭光燦院士。我當初入坑的時候就是看郭光燦院士的公開課啟蒙的，但課程有一定深度。
課程鏈接：中國科學技術大學公開課：來自量子世界的新技術
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【本文版權歸「鮮棗課堂」和小棗君所有，未經授權，請勿轉載】
今天，小棗君和大家聊一聊「量子通信」。
最開始選這個專題，小棗君的內心是非常抗拒的。
鮮棗課堂的目的，就是傳遞「大學生都能聽懂」的知識。
每一個知識點專題，小棗君都會用最容易理解的表達方式把它通俗易懂地解析和傳遞給大家。
但是「量子通信」這個知識點，解析難度真心有點大。。。
它涉及到量子論、資訊理論這樣的燒腦理論。。。
還有密碼學、編碼學等一堆看著都要繞著走的老大難學科。。。
涉及到的概念更是變態，例如量子糾纏態、量子疊加態、量子比特、波粒二象性、量子遠程傳態。。。
這些的背後，是一堆近現代科學界頂尖大神、大大神、超大神。。。
總而言之，想要把量子通信及其背後一堆理論說清楚，就是Mission impossible。。。
可是，不管怎麼說，量子通信作為目前最搶眼的通信概念之一，不對它進行了解肯定是不合適。。。
唉，讓我們硬著頭皮開始吧。。。
什麼是量子？
讓我們把穿越時空，回到十九世紀末。。。
那是經典物理學的巔峰時代。。。
以牛頓大神為代表的科學家們，在力學、熱學、光學、聲學、電磁學方面取得了輝煌的成就。。。
看似整個科學體系已經搭建得無懈可擊了。。。
但是，隨著生產力的飛速發展，大量高精尖實驗儀器問世，人們逐漸打開了微觀世界的大門。。。
研究對象從低速對象逐漸變成了高速對象，再到音速、超音速、光速；從大型物體到小型物體，再到微觀物體。。。
科學家們發現，很多實驗結果都無法用經典物理學解釋，甚至和傳統的理論認知相違背。。。
最為代表的，是「邁克爾遜實驗」和「黑體輻射」。。。
對這兩個名詞，大家也許很陌生，具體內容確實高深，我們就不解釋了。。。
我們只需要知道，「邁克爾遜實驗」後來催生了大名鼎鼎的「相對論」，「黑體輻射」呢，催生了我們今天的主角——「量子論」。。。
1900年12月14日——被量子理論先驅之一的索末菲稱之為「量子理論誕辰日」的這天，普朗克在柏林物理學會上宣讀了那篇具有跨時代意義的論文《正常光譜能量分布律理論》，得到一個重要結論：能量是由確定數目的、彼此相等的、有限的能量包構成。
▼沒事別去學物理，真的
一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，並把最小單位稱為量子。
「量子化」指其物理量的數值是離散的，而不是連續地任意取值。
例如，光是由光子組成的，光子就是光量子，就是一種量子。
而光子，就不存在半個光子、三分之一個、0.18個光子這樣的說法。
是不是有點暈？ 總結一下：
- 量子一詞來自拉丁語quantum，意為「有多少」。
- 量子不是具體的實體粒子。
- 量子是能表現出某物理量特性的最小單元。
- 量子是能量動量等物理量的最小單位。
- 量子是不可分割的。
- ……
不知道有沒有明白一些？ 我相信不少童鞋就已經落荒而逃了。。。
沒明白也不用氣餒，非專業物理學的童鞋，確實很難理解量子這個概念。。。
這個世界能把它徹底搞清楚的，一雙手數都多餘。。。
這年頭，不懂的比懂的多，不懂的比懂的還能裝。。。
敢於承認自己不懂，是很了不起的。。。
不管怎麼樣，大家就先記住一點——光子就是一種量子。。。
後面我們會用到。。。
量子知識體系的分類
一件事物，用於某種目的，肯定是基於它的某種特性。例如，愛迪生用鎢絲作為燈絲，就是因為鎢的熔點高。
所以，為什麼量子理論會被用在計算和通信上，也是基於它的特性。
首先，大家要注意，量子信息的學科分類。
量子信息結合了量子力學和信息科學的知識，屬於兩者的交叉學科。
而量子信息又分為了量子計算和量子通信。大家熟知的量子計算機，和我們今天說的量子通信並沒有直接關係。
量子通信，分為「量子密鑰分發」和「量子隱形傳態」。
他們的性質是完全不同的。
「量子密鑰分發」只是利用量子的不可克隆性，對傳統信息進行加密，屬於解決密鑰問題。
而「量子隱形傳態」完全不同，它是利用量子的糾纏態，來傳輸量子比特。信息傳遞方式已經完全不同。
它們的對比如下：
所以，本質上說，量子密鑰分發其實依舊依託於經典通信，並非顛覆經典通信，更像是給經典通信增加了一把量子密碼鎖。
什麼是密鑰
說「量子密鑰分發」之前，我們來說說什麼是密鑰。
大家都知道，有人類社會，就有人與人之間的溝通，有通信需求。
從烽火台、狼煙、擊鼓、旗語、飛鴿傳書，再到電話、電報、互聯網。。。
有通信需求，就要有通信保密的需求。。。
普通人之間的秘密，企業之間的秘密，國家之間的秘密。。。
如何保護通信的秘密，至關重要。
這一點，下面幾位深有體會。。。
關於加密和解密的故事，一本書都說不完。。。
傳統的加密方式是這樣：
A通過加密演算法，和密鑰，對明文進行一定的數學運算，編製成密文，傳遞給B；
而B通過解密演算法（加密演算法的逆運算），和密鑰，進行相應的「逆運算」，把密文翻譯還原成明文。
前提是：A和B都要有密鑰。
獲得密文，非常容易：
你用無線電的話，是開放的，對方很容易截獲。
你用有線的話，通訊距離幾千公里，你能保證每一段都沒問題嗎？
即便是光纖，也很容易被竊取信息：
▼光纖彎曲竊聽法（通過彎曲光纖，外泄部分光信號，進行竊聽）
所以，密鑰非常關鍵。也就是我們在諜戰劇裡面看到的密碼本。
關於密鑰，以前是密碼本，後來是密碼機，再後來就是RSA等加密演算法。
以前，因為計算能力有限，設計一個演算法很快，破解一個演算法很慢，難度很大，時間很長。
現在，有了計算機，超級計算機，計算能力越來越強大，破解演算法的速度非常快，
RSA512演算法在1999年就被破解
RSA768在2009年被破解
MD5和SHA-1兩大密算也已告破
面對破解難度增加的演算法，超級計算機破解只是時間問題。傳統計算機尚且可以，在量子計算機面前，傳統演算法根本沒有能力抵抗。
究竟怎麼樣才能實現真正的絕對安全？
資訊理論創始人香農，總結提出了「無條件安全」的條件：
- 密鑰真隨機且「只使用一次」
- 與明文等長且按位進行二進位異或操作
這樣的方法，理論上是不可破譯的，香農對它進行了嚴格的理論證明。
但它也有缺點，就是需要大量的密鑰，而密鑰的更新和分配存在漏洞（存在被竊聽的可能性）！
所以，不解決密鑰分發的問題，就不可能實現無條件安全。這也導致了在香農發布了這一成果之後，根本沒有人商業使用這種方式。
而量子密鑰分發，就是為了解決這個問題。
量子密鑰分發
注意，前方高能預警！請務必跟上小棗君的思路！
1984年，IBM公司的研究人員Bennett和蒙特利爾大學的學者Brassard在印度召開的一個國際學術會議上提交了一篇論文《量子密碼學:公鑰分發和拋幣》(Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing)。
他們提出了BB84協議。該協議把密碼以密鑰的形式分配給信息的收發雙方，因此也稱作「量子密鑰分發」。
具體的原理如下：
因為光子有兩個偏振方向，而且相互垂直。
所以，單光子源每次生成的單個光子，可以是這樣：
我們可以簡單選取「水平垂直」或「對角」的測量方式（我們稱之為測量基），對單光子源產生的單光子進行測量。
當測量基和光子偏振方向一致，就可以得出結果（要麼是1，要麼是0）；
當測量基和光子偏振方向偏45°，就不能得出準確的結果。
光子就會變化，偏振方向改變45°，那麼就是1或0的概率各50%
所以，兩種測量基，對不同偏振方向光子的測量結果歸納如下：
好了，原理就是這樣。
生成一組二進位密鑰的過程如下：
（注意！下面所說的過程，都是為了生成密鑰，不是在發送信息報文本身！）
發送方（我們先稱為A），首先隨機生成一組二進位比特（所謂的經典比特，0或1這種）。
例如：
A對每1個比特，隨機選擇測量基。
例如：
所以，發送的偏振光子分別是（見下圖中虛框）：
接收方（我們先稱為B），收到這些光子之後，隨機選擇測量基進行測量：
例如依次選擇以下測量基：
那麼，測量結果如下（見虛線框內）：
A和B通過傳統方式（例如電話或QQ，不在乎被竊聽），對比雙方的測量基。測量基相同的，該數據保留。測量基不同的，該數據拋棄。
保留下來的數據，就是最終的密鑰。 （下圖中，1001就是密鑰）
如果，存在一個竊取者（我們稱為C）。
如果C只竊聽A和B對比測量基，那C會得到這樣的信息：
不同 不同 相同 相同 不同 不同 相同 相同
這個對他來說，沒有任何意義。
C只能去測量A到B的光子。
注意！ 因為量子的不可克隆性，C沒有辦法複製光子。
C只能去搶在B之前進行測量（劫聽）。
如果C測量，他也要隨機選擇自己的測量基。
那麼，問題來了，如果C去測量剛才那一組光子，他有一半的概率和A選擇一樣的測量基（光子偏振方向無影響），還有一半的概率，會導致光子改變偏振方向（偏45°）。
如果光子的偏振方向改變，那麼B的測量準確率肯定受影響：
沒有C的情況下，A和B之間採用相同測量基的概率是50%。
所以，A和B之間拿出一小部分測量結果出來對比，有50%相同。
有C的情況下，A和C之間採用相同測量基的概率是50%。B和C之間採用相同測量基的概率是50%。
所以，A和B之間拿出一小部分測量結果出來對比，有25%相同。
由此，可以判定一定有人在竊聽。 通信停止，當前信息作廢。
對於單個比特來說，C有25%的概率不被發現，但是現實情況絕對不止1個比特，肯定是N個數量級的比特，所以，C不被發現的概率就是25%的N次方。
稍微懂點數學，就知道這個數值的恐怖。。。
25%的10次方：9.5367431640625e-7
25%的20次方：9.094947017729282379150390625e-13
……
能理解了嗎？ 希望你跟上了思路，如果邏輯思維能力OK，這個過程應該是不難理解的。
總而言之，量子密鑰分發（其實叫量子密鑰協商，更為準確），使通訊雙方可以生成一串絕對保密的量子密鑰，用該密鑰給任何二進位信息加密，都會使加密後的二進位信息無法被解密，因此從根本上保證了傳輸信息過程的安全性。
量子密鑰分發的爭議
其實，如果稍加思考，就會發現這種密鑰分發方式存在一個問題，那就是：
這個方式只能發現竊聽者，不能保證通信的穩定性！
你想，如果竊聽者不停地竊聽，怎麼辦？A和B雖然可以隨時察覺被竊聽，但是他們所能做的，就是停止通信啊。如果通信停止了，那通信的目的就達不到了啊。
所以，業內對量子通信的爭議，很大一部分就在於此：
「如果竊聽者消失了，那麼任何密碼技術都是多餘的。」
反對者的邏輯是：
如果烏龜躲在烏龜殼裡面，它一伸出頭，鳥就啄它，那麼它只能縮回去，它再伸，鳥再啄，它就永遠沒機會吃東西。。。只能餓死。。。
支持者的邏輯是：
通信的保密性要大於消息的穩定性。如果確認不安全，那寧可不傳。
如果我和你說話，我發現有人偷聽，那我就不說。但是，正常情況下，我們不可能坐以待斃，我們肯定會派人去抓出竊聽者（量子通信里，根據計算，很容易找到竊聽點）。
對方不可能明知道會被抓，還堅持竊聽，再多的竊聽者也不夠抓的。
「通信密鑰分發」方式的量子通信，就是擁有隨時發現竊聽者的能力，給竊聽者以震懾，以此保衛自己的通信安全。
如果真的是對方魚死網破，全力阻止你通信，那麼不僅是量子通信，任何通信模式都是無力抵禦的（針對無線通信的信號干擾和壓制、針對有線通信進行轟炸和破壞）。
世界上最可怕的，就是你的通信被竊聽了，而你自己卻不知道。
難道不是嗎？
現在，我們來說說量子通信的另外一種方式——「量子隱形傳態」
如果說，量子密鑰分發只是量子力學應用於經典通信的一個小應用（加了把量子鎖），那量子隱形傳態就是「真正」的量子通信了。。。
解釋量子隱形傳態之前，我們必須先解釋兩個重要概念——「量子比特」和「量子糾纏」
量子比特
我們目前進行信息存儲和通信，使用的是經典比特。
一個經典比特在特定時刻只有特定的狀態，要麼0，要麼1，所有的計算都按照經典的物理學規律進行。
但量子比特和經典比特不同。
量子信息紮根於量子物理學，一個量子比特（qubit）就是0和1的疊加態。
相比於一個經典比特只有0和1兩個值，一個量子比特的值有無限個。直觀來看就是把0和1當成兩個向量，一個量子比特可以是0和1這兩個向量的所有可能的組合。
▼表示量子比特的Bloch球
Bloch球的球面代表了一個量子比特所有可能的取值。
但是需要指出的是：一個量子比特只含有零個經典比特的信息。
因為一個經典比特是0或1，即兩個向量。而一個量子比特只是一個向量（0和1的向量合成）。就好比一個經典比特，只能取0，或者只能取1，它的信息量是零個經典比特。
量子糾纏
量子力學中最神秘的就是疊加態，而「量子糾纏」正是多粒子的一種疊加態。
一對具有量子糾纏態的粒子，即使相隔極遠，當其中一個狀態改變時，另一個狀態也會即刻發生相應改變。
例如，糾纏態中有一種，無論兩個粒子相隔多遠，只要沒有外界干擾，當A粒子處於0態時，B粒子一定處於1態；反之，當A粒子處於1態時，B粒子一定處於0態。
▼是不是想到了蟲洞？
這種跨越空間的、瞬間影響雙方的「量子糾纏」，曾經被愛因斯坦稱為「鬼魅的超距作用」(spooky action at a distance)。愛因斯坦以此來質疑量子力學的完備性，因為這個超距作用違反了他提出的「定域性」原理，即任何空間上相互影響的速度都不能超過光速。這就是著名的「EPR佯謬」。
後來，物理學家玻姆在愛因斯坦的「定域性」原理基礎上，提出了「隱變數理論」來解釋這種超距相互作用。
不久物理學家貝爾提出了一個不等式，可以來判定量子力學和隱變數理論誰正確。如果實驗結果符合貝爾不等式，則隱變數理論勝出。如果實驗結果違反了貝爾不等式，則量子力學勝出。
但是後來一次次實驗結果都違反了貝爾不等式，即都證實了量子力學是對的，而隱變數理論是錯的。。。
2015年，荷蘭物理學家做的最新的無漏洞貝爾不等式測量實驗，基本宣告了愛因斯坦定域性原理的死刑。
量子隱形傳態
理解了量子糾纏，我們就可以理解「量子隱形傳態」了。
由於量子糾纏是非局域的，即兩個糾纏的粒子無論相距多遠，測量其中一個的狀態必然能同時獲得另一個粒子的狀態，這個「信息」的獲取是不受光速限制的。於是，物理學家自然想到了是否能把這種跨越空間的糾纏態用來進行信息傳輸。
因此，基於量子糾纏態的量子通訊便應運而生，這種利用量子糾纏態的量子通訊就是「量子隱形傳態」（quantum teleportation）。
量子隱形傳態的過程（即傳輸協議）一般分如下幾步：
（1）製備一個糾纏粒子對。將粒子1發射到A點，粒子2發送至B點。
（2）在A點，另一個粒子3攜帶一個想要傳輸的量子比特Q。於是A點的粒子1和B點的粒子2對於粒子3一起會形成一個總的態。在A點同時測量粒子1和粒子3，得到一個測量結果。這個測量會使粒子1和粒子2的糾纏態坍縮掉，但同時粒子1和和粒子3卻糾纏到了一起。
（3）A點的一方利用經典信道（就是經典通訊方式，如電話或簡訊等）把自己的測量結果告訴B點一方。
（4）B點的一方收到A點的測量結果後，就知道了B點的粒子2處於哪個態。只要對粒子2稍做一個簡單的操作，它就會變成粒子3在測量前的狀態。也就是粒子3攜帶的量子比特無損地從A點傳輸到了B點，而粒子3本身只留在A點，並沒有到B點。
以上就是通過量子糾纏實現量子隱形傳態的方法，即通過量子糾纏把一個量子比特無損地從一個地點傳到另一個地點，這也是量子通訊目前最主要的方式。
需要注意的是，由於步驟3是經典信息傳輸而且不可忽略，因此它限制了整個量子隱形傳態的速度，使得量子隱形傳態的信息傳輸速度無法超過光速。
因為量子計算需要直接處理量子比特，於是「量子隱形傳態」這種直接傳的量子比特傳輸將成為未來量子計算之間的量子通信方式，未來量子隱形傳態和量子計算機終端可以構成純粹的量子信息傳輸和處理系統，即量子互聯網。
這也將是未來量子信息時代最顯著的標誌。
註：上述過程描述文字直接引用了互聯網文章《獨家揭秘：量子通信如何做到「絕對安全」？》
張文卓 中國科學院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中國科學技術大學上海研究院
量子通信的發展
好了，終於把量子通信的技術原理給說完了。。。
近年來，量子通信技術取得了長足的進展，也引發了巨大的爭議。
先看看發展：
1993年，首次提出了量子通信（Quantum Teleportation）的概念。
1997年，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。
2012年，首次成功實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。
2016年8月16日，世界第一顆量子科學實驗衛星「墨子號」成功發射。
2017年7月13日，世界首個大型商用量子通信專網在濟南測試成功。
2017年，全球首條量子通信「京滬幹線」今年將建成。
尤其這兩年，量子通信發展非常快。
▼從城域到城際，從陸地到衛星
提到量子通信，肯定不可避免會提到這個人：
潘建偉 中國科學院院士
潘建偉長期從事量子光學、量子信息和量子力學基礎問題檢驗等方面的研究，對量子通信等研究有創新性貢獻，是該領域的國際著名學者，
1992年畢業於中國科學技術大學近代物理系，1995年獲該校理論物理碩士學位，1999年獲得奧地利維也納大學博士學位，2005年加入九三學社，2008年入選中組部首批「千人計劃」，2011年當選為中國科學院院士，2017年2月8日，獲「感動中國2016年度人物」。
他有關實現量子隱形傳態的研究成果入選美國《科學》雜誌「年度十大科技進展」，並同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果一起被《自然》雜誌選為「百年物理學21篇經典論文」。
正因為他，中國量子通信研究處於世界領先的地位。他也獲得了大量的榮譽，算得上是名利雙收。
但是，正是因為量子理論充滿了爭議，量子通信一直處於科學界爭議的中心。量子通信產業過度追捧，資金大量湧入，相關企業市值暴漲，市場表現得空前浮躁。潘建偉本人也一直備受爭議。有人說他是騙子，騙取研究經費，有人說他沽名釣譽，爭名奪利。。。
其實，小棗君覺得，這個世界真的能懂這個技術的人本身就不多。正因為不懂，所以人們要麼盲目相信、押寶，要麼質疑、謾罵。有些人只是眼紅或嫉妒，不懂裝懂，大潑髒水。大部分人其實就是跟著起鬨。
小棗君也不認為他一定是對的。但是，對或者不對，應該用論文和實驗來證明，而非謾罵和誹謗。即使是牛頓，或者愛因斯坦，也犯過錯。
量子理論如果是錯的，那也許會帶來認知的更大突破。如果是對的，那就意味著計算技術和通信技術的全新革命。不管怎麼樣，都是好事。
讓時間來證明一切吧。
好了，量子通信專題結束，感謝大家的支持！
如果喜歡，請記得關注鮮棗課堂喲！
http://weixin.qq.com/r/3jkmPtnEXoQhrZ1d92zM (二維碼自動識別)
既然要通俗，那就意味著要在非物理非通信專業人士那裡說完備。而這是不可能的。你會卡死在量子糾纏上的。
非要通俗解釋，唯一辦法就是潘院士說的那套，"玄學"。
不能接受玄學解釋的，那麼，要麼承認自己懶，要麼先看懂量子糾纏現象到底是什麼。記住，不要問為什麼，而是看懂是什麼。然後，對自己說一千遍:"違反理論的事實，高於理論"。
人類有一個優點，但同時也是缺點，就是喜歡追求"邏輯正確"。很可惜，目前量子科學的為什麼和經典物理，相對論的理論在邏輯上相悖的。這個世界上還沒有人有能力用一致的理論同時解釋量子通信。更不要說通俗解釋了。
這不是自欺欺人，而是堅持事實高於科學，事實高於規律。如果非要說哲學一點，就是我們還遠未洞察世界真像，就目前來說，也許我們應該接受：A和非A的交集有可能是非空的。羅素通過重新定義「集合」，繞過了這個悖論，維持了「排中律」。然而，很有可能真實的世界裡，悖論才是真實的，排中律確實在某些現實情況下是錯誤的。在這裡！
這是我12月份花了一個星期時間研究並撰寫出的長文，一直忍著沒發，還是有點小私心的。結果還是沒忍住:-p 本文包含了很多概念和知識點，可以對你的知識體系進行梳理。
著明出處和作者，且非商業推廣用途，可轉載，也可以進行不改變文義的編輯後轉載，不必特意告知。若是商業推廣用途，一字一軟妹幣，起，且/或需告知並獲得授權。引子
世界上有兩門學問公認比較難：密碼學和量子物理。密碼學難是因為世界上有人太聰明，難在巧奪天工的構造和嘆為觀止的分析；密碼學的加密解密過程，充滿了智慧、想像力和廣博的知識面，而破譯竊聽過程又充滿了博弈論精神，所以納什才瘋了嘛，因為他是搞博弈論的。密碼學裡的鬥智斗勇、假想敵是最需要博弈論，最挑戰人智商的，結果精神分裂了，呵呵。
而量子物理，難在大自然深奧難測，其微觀規律遠離人們的直覺，是最難以理解，充滿不確定性，最「毀三觀」的學科，因為微觀粒子所表現出來的某些特性，在宏觀世界是無法重現，無法模擬的。無論經典力學，還是相對論去解釋微觀粒子現象，都無法做到完美，甚至有些是匪夷所思，無法解釋的，好像是上帝在扔骰子！
科學家用了近100年時間，仍然無法實現量子力學與廣義相對論的統一。但是不代表這門學科進入了死胡同，我們依然可以利用已驗證的一些量子物理理論，來推動人類技術進步。
現在我要講的就是量子通信——是密碼學和量子物理的結合的一門應用科學。可想而知，這得有多難。但是我國在這個領域可是走在世界的最前沿，有可能因為這一突破讓中國從此真正崛起，就像18世紀的英國，20世紀的美國一樣！
——潘建偉是誰？（不關心可以略去這一節）
歐洲物理學會新聞網站「物理世界」公布了2015年度國際物理學領域的十項重大突破，中國科學技術大學教授潘建偉、陸朝陽等完成的科研成果「多自由度量子隱形傳態」入選併名列榜首。這是中國科學家有一重大的、世界級的研究成果。
潘建偉這個名字，如果你去了解一下量子通信領域，他在這個圈內的知名度，不亞於那些娛樂圈明星，小鮮肉（潘建偉是個70後，在中國可以說是非常年輕有為的科學家了）。
我們看一下，他在這個領域的出鏡率哈：（具體可以百度，好搜）
1、1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉和荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。
2、2006年夏,我國中國科學技術大學教授潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、歐洲慕尼黑大學-維也納大學聯合研究小組各自獨立實現了誘騙態方案，同時實現了超過100公里的誘騙態量子密鑰分發實驗，由此打開了量子通信走嚮應用的大門。註：誘騙態，這裡解釋一下，充分體現人的智慧——大體意思是說，以單個光子去發密鑰，理論上是可以，但是實際上很難做到，必須要發一批相同密鑰的光子過去，才能保證對方能接收到，但是這樣的話，竊聽者就可以中途偷走一個，偷梁換柱，又因為通道是有耗損的，所以偽裝成耗損，是無法被察覺出來的。因此竊聽者就拿到了跟接受方一樣的密鑰，這意味著不安全!
所以，科學家想到一種辦法，通過發一批混有真密鑰和假密鑰的光子給接收方，接收方可以通過一種方法（具體可以百度，關於井水蒸餾的寓言故事）分離出真密鑰光子，而剔除掉所有假的，但對於竊聽者來說，他只有偷換足夠多的樣本量後，才能確定信息真假（概率學），這必然會暴露，從而實現的信道安全。
3、2008年，利用冷原子量子存儲技術，在國際上首次實現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連接的兩個冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出並轉化為光子糾纏，以進行進一步的傳輸和量子操作。該實驗成果完美實現了遠距離量子通信中急需的"量子中繼器"，向未來廣域量子通信網路的最終實現邁出了堅實的一步。2008年底，潘建偉的科研團隊成功研製了基於誘騙態的光纖量子通信原型系統，在合肥成功組建了世界上首個3節點鏈狀光量子電話網，成為國際上報道的絕對安全的實用化量子通信網路實驗研究的兩個團隊之一(另一小組為歐洲聯合實驗團隊)。
4、2009年9月，潘建偉的科研團隊正是在3節點鏈狀光量子電話網的基礎上，建成了世界上首個全通型量子通信網路，首次實現了實時語音量子保密通信。這一成果在同類產品中位居國際先進水平，標誌著中國在城域量子網路關鍵技術方面已經達到了產業化要求。
5、中國科學技術大學教授潘建偉、彭承志、陳宇翱等人，與中科院上海技術物理研究所王建宇、光電技術研究所黃永梅等組成聯合團隊，於2011年10月在青海湖首次成功實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。實驗證明，無論是從地面指向衛星的上行量子隱形傳態，還是衛星指向兩個地面站的下行雙通道量子糾纏分發均可行，為基於衛星的廣域量子通信和大尺度量子力學原理檢驗奠定了技術基礎。
6、2012年，中國科學家潘建偉等人在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發，為發射全球首顆"量子通訊衛星"奠定技術基礎。國際權威學術期刊《自然》雜誌8月9日重點介紹了該成果。"在高損耗的地面成功傳輸100公里，意味著在低損耗的太空傳輸距離將可以達到1000公里以上，基本上解決量子通訊衛星的遠距離信息傳輸問題。研究組成員彭承志介紹說，量子通訊衛星核心技術的突破，也表明未來構建全球量子通信網路具備技術可行性。
潘建偉有關實現量子隱形傳態的研究成果入選《科學》雜誌"年度十大科技進展"，並同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果一起被《自然》雜誌選為"百年物理學21篇經典論文"。
當然國內外其他科學家在這一領域也作出了很多貢獻，也是多方協作才取得了這些突破。（創新是網也是樹）
這裡要插一句，網上也有人在說潘建偉欺世盜名，人品差，愛吹牛，騙經費，說他不配當院士，更不配拿諾貝爾獎（潘在2004年曾表示過想爭一爭諾貝爾獎）。還說他是二流的物理，一點五流的技術。我不知道這些人是處於什麼心態，諾獎是每一個搞物理搞科學的人的夢想，說說又怎麼了？說他沒什麼理論建樹，這又怎麼了？牛頓都說自己是站在巨人肩膀上取得的成就，哪個科學家不是繼承了前人的思想、理論才實現突破的？潘本身應屬於實驗物理學派，他關注的是應用，這難道不是應該得到褒揚和鼓勵的嗎？ 哎~
——為什麼說量子通信技術這麼重要？
密碼，我們幾乎時時刻刻都在用。解鎖啊，登陸啊，轉賬啊，等等，因為它能保證通信和交易的安全。經典的、傳統的公開密鑰演算法（RSA）,簡單來講就是，我密鑰越長，越安全，這個大家都能明白。但是畢竟是有限的密碼長度，隨著計算機更新迭代，美國人在研發量子計算機（斯諾登說的），這種計算機的運算速度有多快呢？打個比方，對一個500位的阿拉伯數字進行因式分解，目前最先進的計算機，需要幾十億到上百億年（宇宙的年齡）這麼長時間才能完成，而量子計算機可能只需要幾分鐘。
《模擬遊戲》電影里的圖靈，就是依靠研製計算機來破解密碼，理論上講，只要有足夠先進的計算機，任何有限長度的密碼都可以破譯。
怎樣才能實現無法破解的密碼，換句話說，實現通信的絕對安全呢？ 其實，早在1917年就有人提出，只要實現「一次一密」的方式就能夠做到這點。也就是說，每次傳遞信息的長度跟密碼本的長度一致，並且密碼本只能用一次。這樣肯定安全嘛！對當時來說，這隻能是個理論，根本不可能實現。但是，通過量子密碼學的研究，這是可以實現的。
神秘了100年的量子物理，終於派上用場了，走入了人們的視線。
一時間一些「量子通信」的概念股被人們所關注，道理很簡單也很深刻。第一，由於量子密碼學可以實現無法破解的密碼，那麼就能保證通信的絕對安全，這對於我國國防建設有著至關重要的意義，這個道理就不用多說啦；第二，在互聯網時代，人們最大的需求之一就是，對保護隱私的需求。總是有各種漏洞，各種黑客，讓我們缺乏安全感，如果量子通信實現，那麼誰擁有這項技術，誰就能立於不敗之地！
雖然說的那麼好，這玩意真的靠譜嗎？很多人懷疑它的真實性，甚至認為這是一個驚天大騙局，大陰謀。
而我認為，這種通信方式真的可以實現了（後面會詳細解釋），或者說已經實現了——國際上這一領域的專家認可，我當然有理由相信這事是真的嘛！而且在不遠的將來（10年左右），這項技術將走向成熟，並實現產業化、普及化，最終人類將邁進「量子互聯網時代」。
——什麼是量子物理學？
量子物理學是研究微觀基本粒子的運動規律和物理特性的科學。公元前五世紀希臘哲學家德謨克利特就認為，萬物是由大量的不可分割的微粒構成的。2400多年過去了，而這個觀點依然被認為是正確的。量子物理正是繼承了這一觀點，從粒子角度去研究世界的本質，這符合我們的習慣（這與後來的弦論是不同，弦論是認為世界是由閉合的弦——腦補橡皮筋的畫面——構成的，目前只有理論成果，沒有試驗能驗證，因為它的尺度已經大大低於或高於人目前的試驗能力，而且非常晦澀難懂）。比如從量子力學角度，微觀粒子有質子，電子，夸克，中微子等，從量子場論講，電磁場的最小單位是光子，強力場的最小單位是膠子，弱力場的最小單位弱規範玻色子，引力最小單位是引力子（目前還沒有被發現）。
是正因為世界是由這些微觀粒子組成的，所以產生了一派還原主義者，認為只要能全面認識這些粒子，那就能認識世界的本質和全貌，他們認為生命和宇宙奇蹟不過是循著物理學定律規定的舞步不停舞動著的微觀粒子的反映。
這種觀點我是不會接受的，屬於機械唯物主義，人的喜怒哀樂，知覺、感受、意識難道也是粒子之間按照一定規律相互作用（比如碰撞）產生的嗎？那人跟一塊木頭有什麼區別？這種決定論、必然論，很讓人氣餒。
包括愛因斯坦的「統一場論」，都帶有還原主義的色彩。統一場就是說，麥克維斯把電和磁統一於電磁場，就是說電能轉化為磁，磁能轉化為電，愛因斯坦的狹義相對論認為時間和空間是統一的，時間可以變為空間，空間可以變為時間。那麼宇宙應該存在一個統一的場，實現所有物質能量的相互轉化。結果，愛因斯坦苦苦追尋了30年，也沒有實現物理學的大一統，以至於他自己都懷疑自己「跑偏了」，後期也沒有任何成果。當然，現在的弦論又重新拾起了這一理論，但缺乏靠譜的實驗或觀測驗證（就像霍金的黑洞一樣），這裡就不談了。
事實上，的確是還原主義者想多了，當科學家去研究微觀粒子的時候，量子物理又走到了另一個極端——發現這些粒子完全處於不確定的狀態，根本沒有什麼規律可言。然而當我們否認還原主義的時候，還沒來得及慶祝勝利，量子所表現出來的詭異性，又把我們拖到一個不寒而慄、極度不安的境地！
——鬼魅般的量子效應
比如經常談到的「愛因斯坦的幽靈」——量子糾纏超距傳輸，又比如十大經典物理實驗之首——電子雙縫干涉實驗。
愛因斯坦認為，物理學存在定域性，就是說一個物體在這個地方運動，不會幹涉到另一個物體在另一個地方運動。而且如果某個物理理論是完備的，那就能預言某種現象的發生。比如，狹義相對論，相對運動的物體時間會變慢，後來的確被驗證了（原子鐘實驗）；廣義相對論，引力導致時空扭曲也被驗證了；比如，微波背景輻射，預言存在一個高於絕對零度的溫度在宇宙中均勻存在，這個也被紅移現象驗證了；比如，楊振寧，李政道的宇稱不守恆，被一個女物理實驗學家吳健雄驗證了，等等。這兩個原則決定了我們可以舉一反三，推己及人，說明人可以認識的到一切的規律。
而量子物理學卻狠狠的否認了這兩個原則（EPR佯謬）。這也導致了愛因斯坦跟波爾成為一輩子的宿敵。
比如，量子糾纏超距作用，是指微觀世界中的粒子之間所發生的相互影響沒有時間和空間障礙，也就是說兩個相互關聯的微觀粒子無論相隔多遠，一個粒子的量子狀態改變（如被測量）和另一個是同步發生的。
量子是獨立的不可再分的粒子，而量子糾纏現象說明，挨的特別近的兩個量子，會產生糾纏，通俗的說一個是正（上旋），另一個必然是負（下旋）。而且一旦建立起這種聯繫，那麼無論它們距離多麼遠，這種糾纏狀態不會改變。
了解量子糾纏有多麼怪異，我們可以拿電子的「自旋」作例子。電子的自旋與陀螺不同，其狀態總是游移不定的，直到你觀測它的那一刻才能決定。用可以理解的話說，當你觀測它時，就會發現它不是順時針轉就是逆時針轉。假設有兩個互相糾纏的電子對，當其中一個順時針轉時，另一個就逆時針轉，反之亦然。不過奇怪之處是它們並沒有真正連接在一起。對量子理論堅信不疑的波爾和他的同事們相信，量子糾纏可以預測相隔甚遠的電子對的狀態，即便它們一個在地球，一個在月球，沒有傳輸線相連，如果你在某個時刻觀測到其中一個電子在順時針旋轉，那麼另一個在同一時刻必定是在逆時針旋轉。換句話說，如果你對其中一個粒子進行觀測，那麼你不止是影響了它，你的觀測也同時影響了它所糾纏的夥伴，而且這與兩個粒子間的距離無關。兩個粒子的這種怪異的遠距離連接，愛因斯坦稱之為「鬼魅般的超距作用」。
最近由荷蘭代爾夫特科技大學的Ronald Hanson領導的科研團隊，終於實現了沒有漏洞的實驗觀測，50年來第一次無懈可擊地直接證明了貝爾不等式不成立。（貝爾不等式就是以數學的方式來證明「隱變數」的存在，從而證明愛因斯坦是正確的，但是實驗條件非常苛刻，需要製造大量的糾纏量子）
Hanson團隊的實驗設計十分巧妙。他們在相距1.28千米的兩個實驗室里，分別用微波去激發處於極低溫的鑽石里的電子。當電子被激發出來時，它們同時也放出與自身相糾纏的光子。兩邊的光子通過光纖傳送到位於兩實驗室之間的另一個探測地點，這裡精確記錄著光子到達的時間。如果兩邊發射過來的光子同時到達並以特定方式干涉，那麼兩個光子就會立即將自己所「代表」的電子糾纏起來，實現遠程的量子糾纏。這好比遠隔10萬光年的牛郎和織女各派一個天使在鵲橋相會，如果兩個天使同時到達並正確表達了主人的意思，那麼牛郎和織女就實現了遠程的「約會」。
實驗結果：找到了200多對可以遠程糾纏的電子——愛因斯坦認為不存在超距現象，而是由某種沒有認識到的「隱變數」在起作用——這個實驗證明愛因斯坦錯了，並不存在隱變數，即使完備的物理描述也無法解釋這種現象。
科學就是這樣，不斷地證偽，不斷進步，連霍金也曾經表示，他對黑洞的認識可能也不太對。
再來說說「電子雙縫干涉實驗」，這個更加難以理解，而且異常恐怖！
最初設計是想證明凡是粒子都具有的波粒二象性，不光是光子。光子就是電磁場中的最小單位，因此電子也具有光子的特性。
實驗通過一開始是發射有一定偏折角度的電子，讓電子只通過一條窄縫，但是結果在屏幕上出現了一條條的干涉條紋（雙縫干涉=波動性）。按理說，如果每個電子都通過指定的一條窄縫的話，應該只出現一道條紋（單縫衍射=粒子性），只有當兩條窄縫都有電子通過的情況下，才會出現波的干涉。
會不會因為實驗儀器的問題，有一部分電子從另一條窄縫穿過了呢？
接著科學家又改進實驗，讓電子一個一個的通過指定的一條窄縫，相鄰兩個電子發射的間隔時間足夠長，保證前一個電子已經到達屏幕，再發射第二個電子，結果屏幕上積累了足夠多的電子以後，仍然出現了干涉條紋！
科學家很疑惑，這次乾脆把其中一條窄縫蓋住， 讓50%的電子一個個只可能通過另一條窄縫，結果屏幕上出現了一道條紋；然後再把遮蓋物拿走，讓剩下的50%電子再一個一個發射過去，然而結果又出現了詭異的干涉條紋。科學家們無法解釋這種現象，好像電子具有智能，知道前面是雙縫還是單縫！
沒轍了，只能搬來高速攝影機，看看電子到底是怎麼通過窄縫的。然而電子好像知道人在觀察它們一樣，這次實驗的結果是屏幕上出現了一道條紋，不再是干涉條紋！也就是說，好像每一個電子都「心有靈犀」默契的表現出粒子的特性，而波的特性消失了！
科學家們很崩潰，但有人認為是觀測設備干擾了電子的狀態（不確定性原理，後面會講到），攝影機發出的光子會影響到實驗電子的狀態。
觀測可能會改變實驗結果，不觀測就無法知道真相，那可怎麼辦？
後來有位著名的量子物理學家，愛因斯坦的同事約翰.惠勒在紀念愛因斯坦100周年上提出這樣一個方案，叫「延時選擇」。
實驗很巧妙，具體問度娘（上圖為實驗過程，看不懂可以忽略），我用人話翻譯一下就是：遮住一個窄縫，發射單個光子，當我確定單個光子已經通過單個窄縫（時間=路程/速度）後，沒到達屏幕之前，再把遮蓋物拿掉（瞬間變成雙縫），按理說，光子已經選擇了一條路徑前進，應該只出現一個點，但實際上，卻出現了干涉條紋！好像拿掉遮蓋物這個動作，導致了時光倒流，這個光子重新回到雙縫前，並分別同時穿過兩條窄縫，形成自我干涉！觀察者現在的行為決定了光子過去的路線！因果律崩塌了，就好像拍完電影以後，才決定你的角色！
當然也有一些解釋，比如說平行宇宙，這裡不展開了。
另一個比較被認同的解釋是，根據海森堡的不確定性原理（也叫測不準原理）——位置和動量是不能同時測量的，即不能得到一個物體準確的位置和動量，位置測量越准，動量越不準，反之亦然。
這個怎麼理解呢？比如拍籃球，手跟地面的距離越大，籃球上下的速度越慢，也比較好測定，而位置就難把握了；當拍球的手慢慢下降，籃球上下起伏就越快，位置相對固定，但速度卻越來越難測定。在微觀更是這樣，你用大的箱子去困住電子，對它速度的影響就越小，就能測到它的速度，動量，但是位置就難以確定；而用小的箱子去困住電子，雖然限制了它的運動範圍，但它的振動頻率就越高，能量就越大，擾動就越大，表現的越混亂。 你用一個光子的波長（比如攝像機）去測量一個電子，那電子的狀態就更加混亂了。
從宏觀上也是適用不確定性原理的，比如你在賽車場看比賽，對行駛中的賽車拍了一張照片發朋友圈，但是這張照片可以反映出這輛賽車的位置（根據周圍環境定位），但是你能算出它的速度有多快嗎？
再比如說上樓梯還是下樓梯的貓
，你知道它在樓梯的位置，但是方向和速度是無法判斷的。也就是說測量，觀察，就會影響結果，那我們這個世界是客觀存在的呢，還是我們觀察而形成的呢？呵呵
根據不確定性原理，科學家認為微觀粒子具有概率波的特性，比如電子，可以出現在空間的任意位置，可以在實驗裝置內，也可能在半人馬星座上，只不過概率不同而已。一個人不停走近一堵牆，經過長達宇宙年齡的時間，是有可能出現在牆的另一側的。——難以想像吧，很多科幻小說家就經常用此來編故事。
回到雙縫實驗，一個電子到達屏幕的路徑可能有無數條，可能是直著走，也可能繞著走，也可能先去了銀河系以外的某處有折返回來（費曼的路徑求和），但通過兩條縫的概率是最大的（都接近50%）。遮不遮住其中一條縫，只是影響了通過兩條縫的概率，所以不論你在電子到達屏幕前的任意時間，遮住或打開一條縫，都會使那一條縫通過的概率陡降或陡增，因此仍然會出現干涉信號。
不管解釋是怎樣的，對於我們常人來講都難以用常識來理解。
量子糾纏，光的二態性，延遲選擇實驗結果，薛定諤的貓是死是活，這樣有趣的、奇妙的、匪夷所思的，甚至毛骨悚然的量子物理學問題，實在是讓人難以接受，甚至會徹底顛覆人對一切的認知，只能訴諸於哲學、神學或宿命論。我們本能的不願去觸碰這個「上帝在創世前打造的地獄」。
所以說對於量子物理領域的成就，人們往往本能地去質疑和否認，以尋求內心的平靜。
大概是這麼一個心理過程，首先看到了取得了巨大成績，然後覺得很新鮮，可以作為吹牛的資本，結果去看了一些資料，發現這個太恐怖了，太恐怖了，無法理解，沒法用邏輯描述，越想越可怕，最簡單的辦法就是否認它。
面對這樣的科學，那我們還能做什麼呢？
我們還能做很多！
就像我們對大腦的認識是一片混沌，無法參透大腦的運作機制，但卻不妨礙我們利用大腦來改變、創新、創造，實現我們生活的一切。只要我們利用好這個灰箱，我們一樣能讓這個世界更加精彩！
鋪墊了這麼多，下面我用人話來翻譯下什麼是量子通信，怎麼實現量子通信。
——什麼是量子通信，怎麼實現量子通信？
量子通信，確切講叫量子保密通信。保密的方法可以兩種：
一種是，比如A和B之間拉一條專線（如光纜），專線中間布滿我們的崗哨，任何想截獲我們信息的間諜，必須在光纜上做手腳才能竊聽，必然會被我們的哨兵拿下。這樣我們直接用明文交換信息就可以了，也就是保證了通道的安全。但是物理隔離的方法，肯定不現實，效率低成本高，距離有限。而量子的引入就能解決這一問題。
另一種是，我把信息加密，通過公共信道傳遞，比如互聯網，相當於把信息放在一個帶鎖的小箱子了，只有拿到鑰匙的人才能打開箱子，獲取信息。也就是我們說的傳統加密方式。上面也探討過了，隨著技術的進步，這種方式也是不安全的。但是，用不確定性的量子來加密，就能保證信息的安全。可能會問了，不確定性的密鑰加密的東西，怎麼解密呢？這個後面會講到。
由此引出了兩種量子通信方式，一種是基於BB84協議的量子密鑰傳輸。BB84協議可以理解為我們現在的TCP/IP協議，就是信息有效傳遞所遵守的規則，只不過更高級。這個協議早在1984年就已經提出了，但是真正實現還要等到十幾年後，也就是潘建偉那一幫科學家做的事。BB84協議，更多的意義在於確認信息通道的安全性，不是用來通信，而是被動的檢測通道的安全性。
另一種是基於E91(1991年)協議糾纏光子的量子隱形傳態。簡單的講，利用量子的糾纏效應，把糾纏的兩個光子，分別發給A和B,A的信息跟一個光子結合，B處的光子由於神奇的「心電感應」，可以把A的信息完美複製出來。這樣A和B之間就不會有任何人能夠竊聽到信息的內容。
兩種方式，均不違背海森堡不確定性原理和愛因斯坦的光速不可超越的結論，具體分析如下：
——量子密鑰傳輸
首先要明確幾個概念：
1. 光的偏振：我們知道光具有波動性，也就是光在傳播過程中，是一邊振動一邊往前走，振動可以是空間內垂直於傳播方向的任意方向。但是我們在中途加一個偏光器後，只有垂直方向的光能通過。這個在顯示器，太陽鏡，照相機等都有應用，跟我們生活息息相關。
2. 基矢或叫基底，或正交基：就相當於二維空間的x,y軸，三維空間的x,y,z軸。下圖就是平面內兩種基矢的樣子，左邊一個是0°，90°方向的，右邊一個是-45°，+45°方向的。如果把基矢想像成偏振器，那麼當一束光通過某個基矢後，只有這個方向偏振的光子被保留下來了，也就是說這個光子的偏振狀態是唯一的。好比一根繩子穿過籬笆，你從一頭上下擺動，籬笆對於繩子是「透明」的，不會干擾擺動，如果你左右擺動，繩子的波就被阻擋了。
明確了這兩個概念後，我們來看如何實現A到B的密鑰傳輸。習慣上，A叫做Alice,B叫做Bob, 竊聽者叫做Eve。
(1)Alice用水平垂直基矢和斜45°基矢對光子進行製備，並對製備後的偏振狀態進行賦值。如下表：
偏振狀態
賦值
90°
1
0°
0
偏振狀態
賦值
+45°
1
-45°
0
也就是說，水平垂直基矢上篩選（注意是「篩選」而不是測量！測量就會改變光子的狀態，篩選是保留某一部分的具有特定性質的光子）出來的光子，如果偏振狀態表現出是90°代表二進位數1，如果是0°代表二進位數0。另一種基矢也是一樣的。
（2）Alice隨機選擇一批具有一定偏振狀態的光子通過某種經典信道（比如光纖，或者其他可以傳遞光子的通道，比如發個快遞包裹）發送給Bob。如圖a行所示，Alice可以發送長度為N的隨機脈衝序列。
註：本圖和相關分析參考了一位知乎回答者的評論，後來怎麼也找不到了，在這裡表示十二分的感謝！
3）Bob接收到Alice光子，比如說，對第一個光子，隨機選擇一種基矢進行測量。如果Bob和Alice選擇的是一樣的基矢，那麼測出來的結果肯定跟alice記錄的結果一樣的。在圖c行中，第一個光子就選錯了，而第3個，第5個和第10個，就選對了。對於其他選錯的基矢，光子的表現是完全隨機的。因為只有0和1兩種賦值，所以錯誤率是50%。
（4）Bob把測量結果通過經典信道，比如說公開打電話，跟Alice進行核對，這樣就能剔除錯誤結果，保留正確結果，這樣就形成了長度為M（M& （5）這個時候，Alice已經知道Bob測量光子用的基矢序列，那麼她再次發送隨機脈衝序列的時候立刻就知道Bob哪些是對的，哪些是錯的。就好像Alice老師出了一份卷子給學生Bob做，因為Alice太了解Bob的掌握知識的水平了，Bob還沒拿到試卷，就能立刻給Bob打分！ （6）接下來就簡單了，每次Alice給Bob發隨機脈衝的時候，同時附上一份對錯序列表。Bob收到脈衝以後，用對錯表跟自己的測量結果進行比對。如圖d行和圖e行, Bob看到第三個是對的，偏振狀態是90°,那麼代表數字1，第五個是對的，代表數字1，第十個是對的，代表數字0。組合起來就是110，然後拿來鎖著機密文件的密碼箱，輸入110（這是個比喻），箱子就開了，這樣信息就成功送達了。
為什麼Eve沒辦法竊聽？
如果你能看懂上面6步，就知道Eve竊聽是不可能的。
第一，如果在Alice傳送光子的時候進行竊聽，那麼必然要對光子進行測量，由於Alice基矢選擇是隨機的，Eve不可能正好跟Alice選擇一樣的一組基矢。Eve選擇每一次選擇正確基矢的概率是1/2，如果這個基矢序列有20位，那就是1/2的20次方，序列越長，正確率越低。同時，由於Eve的測量，導致光子的狀態發生改變，Bob收到光子後，跟Alice進行核對，發現錯誤率明顯提高了。說明中途肯定被別人竊聽了，那麼這條信道就不安全了，二者將停止通信。
第二，由於單量子態的不可複製，不可克隆性（1982年Wooters和Zurek提出的）。從經典"克隆"的意義上說，要想精確地複製一個物品，首先就要得到（測量）這個物品的所有的信息。然而，對一個遵循量子規律的系統，我們不可能同時精確測量它的所有物理量，因為根據「海森堡測不準原理」，在同一時刻以相同精度測定量子的位置與動量是不可能的，我們只能精確測定兩者之一。
那麼，Eve就算截獲了Alice發送的光子，也無法完美複製出一個給Bob,這樣同樣導致竊聽暴露。
第三，即便Eve竊聽到了Bob的基矢測量序列（因為是通過經典信道傳遞的嘛），那麼他也無法知道測量的結果是什麼（0還是1？），只有把光子攔截下來，再根據Alice的對錯表，才能知道密鑰是什麼。這樣Bob就收不到光子了，竊聽暴露。如果Alice沒有將對錯表一起發送呢？Eve也無法知道截獲的信息哪些是對的，哪些是錯的。
Eve的竊聽計劃被徹底挫敗了！
只有一種方法可以讓Eve拿到正確有效的信息——那就是Eve跑到Bob家裡，拿槍指著他，讓他接受信息，並破譯——這就不叫竊聽了。哈哈！
由此可見，理論上講，量子密鑰傳輸可以保證信道的絕對安全。但是也存在漏洞，不細談了，上面也提到過。大體上是這樣的，因為單光子傳送過程中會有噪音干擾，理想狀態下信道才是絕對乾淨的。所以Alice會發送多個攜帶相同信息的光子脈衝序列給Bob,保證他能夠接收到其中一條。這時候Eve可以偽裝成噪音，截獲其中一條，再根據公共信道竊取的，Bob的基矢表和Alice的對錯表，一樣可以獲得正確的信息。這就涉及到了安全性分心、誘騙態方案等，這裡就不再展開。
我也在思考用通俗易懂的話來描述整個過程。簡單來講，好比是，A有個冰激凌甜筒，裡面藏了一顆求婚戒指，讓C交給B，如果中途C想把戒指取出來，一定會破壞這個甜筒，哪怕只是舔一口！這樣B必然會發現C動了這個甜筒，一槍把C幹掉。
無論如何，我想大家可以對量子密鑰傳輸充滿信心，這項技術絕對是可以理解，可以實現的！
這意味著什麼？ 意味著《模擬遊戲》圖靈那幫人乾的事情，將成為不可能和無意義！因為他們是截獲信息，按住不表，德軍並不知道信息已經被竊聽了。如果當時德軍懂得量子密鑰傳輸，那麼德軍必然會知道通信不安全，盟軍的長線布局就會破產。呵呵，有點邪惡。。。
——量子隱形傳態
我們看到第一種保密方案，是基於信道安全的，並不能保證信息不會被竊取。萬一有一條重要信息被竊取了，那後果是可怕的。
科學家們想到了能不能利用量子的不確定性原理，來實現信息不可破解的加密呢？
了解了第一種方案後，你可能會發現這種傳遞非常低效，而且容易被干擾。不僅因為需要多次經典信道分享信息，而且還不能保證傳輸過程中噪音干擾導致信息失真。
那麼能不能脫離或者減少經典信道的使用次數，來達到更好地效果呢？
答案是可以的！就是利用量子糾纏的「超距作用」來實現！
這個方案的過程其實很好描述，但是如何實現，如何操作，是一個比較難理解的。我先進行簡要描述，然後再通過對幾個名詞的解釋，來豐滿大家的想像吧！
圖中左邊的Alice，想要把X粒子的量子態傳給Bob。她利用糾纏光子對A和B，Alice擁有糾纏光子中的A，而Bob擁有B。糾纏光子A、B構成量子通道，電話或是互聯網可作為經典通道。首先，Alice對需要傳送的X和她手中的A作"貝爾聯合測量"。測量後，X的量子態塌縮了，A也發生變化。因為A和B互相糾纏，A的變化立即影響B也發生變化。然而，Bob無法察覺B的變化，直到從經典通道得到Alice傳來的信息。比如說，Alice在電話中將測量結果告訴Bob。然後，Bob對B進行相應的幺正變換處理。最後，B成為和原來的X的量子態一模一樣。這個傳輸過程完成之後，X塌縮隱形了，X所有的信息都傳輸到了B上，因而稱之為"隱形傳態"。
對比普通的信息傳遞過程，比如說掃描到列印，
從上圖看到，比之"量子隱形傳態"，電傳過程少了一個糾纏對構成的量子通道。在電傳過程中，首先，Alice將上面印有圖像信息的藍色紙X進行掃描，得到需要傳輸的圖像信息。然後，將此信息從經典通道（互聯網）傳給Bob。Bob收到圖像後，用另外一張紙B（綠色）將圖像列印出來。在這種傳遞過程中，"圖像"只是X的一部分信息，X的其他信息，諸如紙張材料、顏色、大小、厚度等等，並不能從掃描過程得到，也沒有被傳遞過去。況且，即使是Bob知道了這些性質，造出一張表面看起來完全一樣的紙來列印圖像，後來的B也不能說是和原來的X的狀態一模一樣的。因為肯定不可能保證每個分子都一樣吧。
而在量子隱形傳態中，最後的B是和原來的X的狀態完全一樣的。換言之，電傳時傳輸後所複製出來的，只是紙上圖像的信息，沒有複製出任何"實體"本身。量子隱形傳態卻有點像是：從得到實體的完整信息，而複製出了"實體"本身，儘管只是一個小小的量子態！這樣說，人們可能要心情激動、歡呼雀躍：「啊！科幻電影中遠距離傳物的時代就要來臨了！」 其實遠遠不是這樣，那種想法是一個誤解。我們這兒談論的"複製"不過只是一個量子現象，完全不知道如何才能複製一個較大的、真正的物體。即使是海邊一顆小小的沙粒的傳輸複製，也還相距十萬八千里。
名詞解釋：
糾纏光子：也叫EPR糾纏光子對，上面已經提到，這樣一對光子，像雙胞胎兄弟一樣，不管分開多遠，二者的表現都是完全相反的，就是這麼神奇！
貝爾聯合測量：這要用到分光鏡等，具體實驗就不介紹了，可以去問度娘。中心思想是，單獨測量一個量子是測不準的，只有把兩個或兩個以上量子組成一個系統進行測量，才能得到確切的信息，比如，A在B的什麼方向， A相對於B怎麼運動，B相對於A怎麼運動（愛因斯坦的相對性原理）等等。這些信息屬於經典信息，而單獨對A，或B來說，它們的量子信息是不可知的。
X的量子態塌縮了：這句話怎麼理解呢？先告訴一個事實，兩個粒子的貝爾聯合測量的結果有四種可能，很抽象，我也沒做個這種實驗。簡單的講就是，0和1的排列組合：00，01，10,11這四種可能，而且概率都是相等的。也就是說，我們在沒進行聯合測量之前，是不知道X和A的測量結果是哪一種的，但是當我們測量後，就知道它們表現為哪一種形態。這就像薛定諤的貓，在沒打開箱子之前，這隻貓是死的也是活的，當打開以後，這隻貓是死的，還是活的，就確定無疑了。量子態的坍縮，就代表概率的坍縮。就好比抓鬮，前面人的抓到大獎的概率都是一樣的，但是當抓到唯一一個大獎以後，後面的人就再也抓不到了。
Bob無法察覺B的變化。為什麼Bob無法察覺B的變化呢？由於X和A的聯合測量，使得B表現出X的量子態。可以這樣理解，A和B糾纏，A又跟X糾纏，由於測量，導致A和X的系統狀態確定，B為了和A繼續糾纏，必須「裝」成X的樣子。打個不恰當的比喻，A和吧B是男女朋友，X是小三，A和X勾搭上了，B知道了A和X是怎麼勾搭上的，為了挽回A，B就表現的像小三一樣，來重新搶回自己的男朋友（會不會被罵死……）。當然，由於B是單獨的量子，是測不準的，所以無法察覺變化。
幺正變換：這個名詞看起來挺神秘的，其實就是坐標系的轉換。比如e1,e2這個坐標系，是我們熟悉的水平垂直坐標系，而e′1, e′2也可以作為一個坐標系，表達平面內所有的點。但是同一個點，在兩個坐標系的取值並不相同，需要一個轉換係數，也就是夾角，來統一兩個坐標系。幺正變換就是根據傳遞過來的經典測量信息，將B的坐標系轉化成X的坐標系。這樣其實就跟X一模一樣了。
X所有的信息：所有的信息，就是指上面所提到的可以確定的經典信息（貝爾聯合測量）和不可確定的量子信息（X的量子態）。一旦兩個信息都完備了，那麼X就被完美複製出來了。引申一點，我們人也是由量子組成的，但是每一個量子是不可測的，但是組合在一起（統計量）我們就成為了人。我們可以分析我們的生物結構，甚至DNA，但是我們對於意識是怎麼來的，卻一無所知。這就是物質與意識的統一。人不同與石頭，可能是因為人身體里就存在某種「貝爾測量」的工具，所以能將客觀世界改造成我們腦子裡想的東西。
X塌縮隱形: 正是因為B繼承了X的所有信息，X的量子態也就沒有存在的必要了。這裡要注意，X粒子並沒有消失，而是要傳遞的量子態消失了（小三的招數被識破了，她自然就不會再用了，呵呵）。這不違背單量子不可克隆定理。打個不恰當的比喻，有點像《大話西遊之仙履奇緣》里的「移魂大法」，豬八戒變青霞。
整個過程如下圖所示：
我們再來看看那個苦逼的Eve。
Eve可以竊聽Alice通過經典信道傳遞的貝爾測量信息，但是他手裡沒有糾纏光子，Wasted! 如果去截獲傳給Bob的光子，那Bob就收不到，Alice就不會發送測量信息，Wasted! 另外，現在的技術，可以通過衛星來分配密鑰，也就是糾纏光子對。Eve想去截獲這個光子，簡直是大海撈針，大海撈針都是客氣的了，就好比在整個銀河系裡，去定位一粒塵埃！
所以，Eve只能把Bob幹掉，偽裝成Bob,然後才能獲取有效信息。但是如果Alice和Bob有暗號呢？天王蓋地虎，寶塔鎮蛇妖。Eve對不上來，還是Wasted! 也就是說，我們一樣可以通過人的智慧來提高Eve的風險和成本，保證信息的絕對安全。
——量子通信的總結：
這個圖就涵蓋了兩種量子通信的基本過程。我想看到這裡，大家可能會覺得量子通信還是挺靠譜的。兩種方式並不違背光速不可超越和測不準原理，所以說我們有生之年是可以看到，並享受這樣技術帶給我們的不確定性的未來。
為什麼說是不確定性呢？
我這裡做個預言吧，推演一下，看看這個邏輯講不講得通。
第一步，量子通信，由於潘建偉等人的努力，可以實現遠距離傳輸，並可以進行中繼，保證信號不衰減。這樣就可以運用於國防。知己知彼，百戰不殆。現在是「我知道你，你不知道我」，你還敢打我嗎？這就好比《三體》里的地球人和三體人，三體人思想是透明的，沒有隱私，靠技術碾壓地球人；但是地球人的思想是不透明的，所想的、所說的、所做的，都可能不一致，這就是為什麼有「面壁計劃」，以及為什麼羅輯最後能勝利，成為執劍人。如果美國人研製出了量子計算機，我國實現了量子通信，那麼美國再牛，也無法撼動我大天朝！
第二步，還是由於潘建偉等人的努力，軍事變為民用，形成量子化的互聯網。商業機密、人的隱私都可以得到有效保護，成就了一批世界著名公司，造就出一批像比爾蓋茨、喬布斯這樣的人物，世界一片欣欣向榮，人類文明又邁上了一個新台階。
第三步，到前兩步，我們的世界可以說是很美好的。但是隨著量子通信的普及化，學習量子通信的那些新IT，以及越來越的普通人人開始關注、了解、熟悉量子領域的理論和知識，這就會出問題！隨著物質生活的充裕，人的精神需求將迎來一個大高潮！就像我上面所提到的那些量子領域匪夷所思的現象，人們會去探究為什麼會是這樣，我們的世界怎麼了？如何看待我們自己？這樣會涉及到一些敏感問題，有些人應該能先知先覺，知道我想說什麼。
最後一步有點科幻了，可以忽略。（第四步，如果弦論，M理論，高維空間等能得到驗證，那麼T.O.E這統一萬物的理論就能夠消除我們的不安和惶恐。但是目前的實驗水平，是無法去探測小於普朗克常數（10-34）尺度下的超微觀世界。這個可能在幾百年內都不會實現。各國投入大量金錢進行實驗競賽，最終會不會產生某種可怕的東西呢？）
這些只不過是我的猜測，沒有什麼根據。下面我來升華一下吧!
——幾點認識（前方高能！）：
其實我也是通過一個偶然的方式（qq群聊天）了解到量子通信，然後開始關注它，理解它，發現它其實離我們已經很近了。所以想寫一篇文章來幫助大家理解，至少在思想上做個準備吧。
整片文章我的其實是談如何在不確定的情況下去實現確定性的東西，這就是人的智慧所在！我們不知道的事情太多了，但是我們依然活的很好。只要能利用好大腦這個灰箱，就可以利用其他的灰箱來創新創造。這就是人類進步的過程，創新的過程。
人現在的大腦跟兩千多年前古人的大腦也沒什麼區別，可能還不及先人的智慧。就像我，並沒有太多物理知識，也沒讀過太多書，但是我發現一些問題後，自然而然的去假設一些可能性去解釋它（的邏輯），隱隱約約就觸及到比如弦論，高維空間等概念，這也是我後來看書後才知道已經有人這麼想了，而且比我想的還全面系統。原先還以為自己多了不起，其實早就有人去做這些事了。
但是有多少人是把知道的東西轉化成實在有用的東西呢？ 比如像潘建偉這樣的人，前人的關於量子的理論成果已經很卓著了，甚至已經走到了死胡同了。他沒有像很多理論物理學家一樣，面對這麼多不可解釋的現象，非要去研究一個確切的答案，唯一的解，去研究什麼宇宙終極理論。而是俯下身子去研究我怎麼能讓這些研究造福人類。我想雖然潘建偉一定很有天賦，而比他聰明的物理學家絕對不在少數，但是他的研究成果卻是對我們這個世界最有幫助的。他就像愛迪生一樣，經過反覆試驗，反覆選擇材料，不停的試錯，才取得現在的突破。從概率角度講，他成功的可能性一定比別人高！
承認了概率的存在（相對論是動和靜的統一，時和空的統一，質與能的統一；概率論是「是和否」的統一，0和1的統一，物質和意識的統一，理性和感性的統一，可知與不可知的統一），也就意味著我們是活的也是死的，是好的也是壞的，是新的也是舊的，這並不矛盾，不要徹底否定自己的過去，也不要空洞的去描繪未來。正因為有概率，才會使我們的世界變得如此豐富多彩，才使創新創造成為可能。善於利用概率的性質，像大數據，照樣可以讓我們的世界更美好。
對於海森堡的不確定性原理，也有哲學層面的意思。一、說明每個人都是獨一無二的，不可複製的，我們應該珍惜這一次「獨一無二」的機會；二、在歷史長河中，我們可以看懂每一個事件的前因後果，是怎麼運動發展的，但是再拿放大鏡去看每一個人，是無法理解他們當時為什麼會這樣做，而不那樣做。如果想看清楚，那就必須結合當時的歷史環境、人物來測量ta這樣做的確定性（貝爾測量），才能看懂慈禧，曾國藩，朱棣等關鍵人物，他們的歷史合理性；三、還告訴我們，我們在這個世界不是孤立的存在，如果想有所成就，必須跟別人互動，互動的人越多，可能性就越多，你的機會就越多，這也是互聯網帶給我們的紅利。
而對於非定域性的理解，依然可以上升到一定高度：這就是為什麼現在「跨界打劫」會成為可能，「蝴蝶效應」是真實存在的！任何一個人可以是nobody, 但同時也會成為somebody， 這本身是統一的，所以不要小看自己，你的思想和努力可能會在某個時間，某個場合，發揮出無窮的力量！
還有一點認識，「天賜聖米」，人有了米後，第一反應不是這個米是怎麼來的，是什麼結構，什麼規律。而是享受它帶來的好處，並想方設法去製造更多的米，只要知道米可以生米，用合理科學的方式生產，能得到更多的米，養活更多的人。隨著這種進步，人才有「閑心」去研究米的生物特性，研究基因，一步步再深入進去，追本溯源。也就是說，米造就了人類文明，人類文明同時造就了米——互馴。前面的過程很漫長，但後面的過程非常快。就好比用手拉橡皮筋，越往後拉越慢，到一定程度後，鬆勁，就會快速回彈，但是不去控制回彈的速度，可能就會傷害到自己，但你卻無法阻止這種回彈的發生，就像不能阻止你有米不吃一樣。
回到量子通信上來，牛頓到愛因斯坦用了260多年，愛因斯坦到量子領域應用用了大概100年，這符合技術發展的規律。假如10年左右時間量子通信技術成熟，又經歷10年的時間全面普及化，像互聯網一樣，那麼到那個時候，量子物理實驗不只是存在於科學家的實驗室里，而是遍布世界各地，時時刻刻所有人都在反覆進行著各種各樣的「量子實驗」。就像反反覆復的農耕（都相當於實驗田），造就了現在農業一樣。這樣大規模無休無止的實驗，說不定哪天一個失誤或者非常規操作就會出現一個非常現象，抽象出一個非常問題，再通過科學家的努力，從而誕生出一門新的科學。我們就對量子的不確定性和幽靈般感應有了進一步認識，這種倒推機制，使得世界變得更加清晰！
最後插一句：瞬間轉移，這個一定能夠實現，可能我們看不到了，但是隨著納米技術的發展，3D列印的成熟，生命科學的演進，在加上量子隱形傳態，我們是有很大的概率，在不太遠的未來實現的！
參考資料：
[1]第一次量子隱形傳態：D. Bouwmeester, J. W. Pan, K.
Mattle, M. Eibl, H.Weinfurter, and A.Zeilinger, "Experimental quantum
teleportation,"Nature 390 (6660),575-579 (1997).
[2]百度百科：量子通信。
[3]知乎：量子通信。
[4]《宇宙的琴弦》，布萊恩．格林。
[5] 完全貝爾測量：http://www.physics.ohio-state.edu/~wilkins/writing/Assign/topics/Q-trans-prl.pdf
[6] 基於BB84協議的量子密碼通信的研究與實現，陳鑫，電子科技大學。
[7] 科學松鼠會：走近量子糾纏。
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寫了這麼多，不知道有幾個人能看完。
我本身不是搞物理的，也不是做科研的，是一個理工學校畢業的，學偏文科的管理學出身的金融行業從業者（呵呵，各種不匹配），只不過喜歡思考。文中難免會有些紕漏，歡迎大家指正。但是大方向上，我認為我是正確的，這就夠了。
我個人不喜歡那些虛頭巴腦的文章，將問題就要講清楚，講通透，說人話。所以文章寫的挺長，其實，並不難讀，可能沒有誰會把這個問題講的這麼透徹了吧!
如果你覺得我寫的還可以，請關注我，可以交個朋友（小於25歲的，請標註年齡），微信號/qq: 258101686.
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版權歸作者
上面的答案寫的好像很牛逼，可惜錯的太多。你就是再整理一年文章還是沒用。1.量子通信不只是量子保密通信，還有量子隱形傳態，量子密集編碼等等很多技術，不是說量子通信就等於量子保密通信。2.量子保密通信也有很多技術，比如量子密鑰分發（上面所謂的量子密碼通信），量子簽名，量子認證，量子密鑰分發只是其中一種。3.大部分量子通信技術遠遠未到可實用化的地步，包括量子隱形傳態。4.量子密鑰分發只能發送安全的密鑰，不能直接通信。5.BB84協議和E91協議都是量子密鑰分發的協議，最終目的是一樣的——傳輸密鑰，類似的還有DPS協議、COW協議等等，理論上沒什麼不同，就是實現方式不一樣。6.量子中繼還處於不可實際使用的階段。其他小錯誤太多，我也懶的一個一個挑了。還有，參考引用如果是「百度百科」這個級別的，就別拿出來了吧。你要真想看好歹也找幾篇國外的review paper。PS. 看了你的行文風格感覺就像某些諮詢公司的行業調研報告，看著啥都有其實全是錯（好吧看了最後的自我介紹，跟我想的差不多）
我寫個三俗的吧。
我們假設你要長期出差，出發前在你手臂上用伴侶的血點一顆守宮砂，你監控自己的守宮砂，就知道有沒有被綠，無論相隔多遠。
淘寶是不是應該出一款量子貞操鎖？絕對爆款。
當然也可以不三俗，《盜夢空間》，你進入夢境時轉一個陀螺，只要你還在自己的夢裡，陀螺就會一直轉；如果你不慎被別人植夢，因為植夢者不知道這個小秘密，陀螺就會依據正常物理規律倒下。你可以通過陀螺的狀態判斷自己的狀態。
量子通信，就是利用兩個必然聯繫的值，通過一個判斷另一個，如果一個被影響了，另一個也會瞬間被影響，只要信息讀取過，你馬上就知道了，從而保證通信安全。個人理解
現有通訊技術：一隊100隻兔子做信使，信息是兔子的毛色。破解方法，來一隻兔子，薅一把毛，把兔子放了繼續傳遞信息。因為只需要看毛色，薅幾根就行了，薅的太狠，薅死了或者薅掉一半，都會被發現。(電話竊聽導致聲音變小)量子通訊：解決了上述問題。
具體方法是，發送兔子的時候，把毛薅的只剩一根(光子)，一竊聽，就會被發現。有毛才有信息，沒毛，賊偷了唄。wait！一根毛，這樣兔子多難弄！所以只用這種珍貴的獨毛兔傳遞秘匙，也就幾十幾百個位。叫做量子加密通訊。秘匙的偏振光檢測：
我出題1 口 2，你回答3，說明「口」內是加法，回答2就是乘法。多個運演算法則就是加密的秘匙。根據回答得到秘匙，反過來加密原文，送過去就完成了加密通訊。偏振光打開方式不對會有50%誤碼率，運演算法則替代後，得到答案用誤碼率來計算秘匙。獨毛兔的製作方法：分光器。因為光子不可分，因此進去一隻全毛兔，出來是半毛，再來一次1/4毛，repeat，最終獨毛兔出現了。實際中很難做到，專家的意思是留十來根，再被偷毛就很容易發現了。問題是毛少了，兔子丟的就多，難道真的脫光了更有誘惑？
更高深的理論，完全看不懂。學渣一枚，說的都是基礎里的基礎…
憑著記憶寫的，如有謬誤，歡迎討論~計算方面的事就不提了~~主要說說加密的問題…量子通信理論上並不是什麼新奇事物了…關鍵還是商用…首先要明白的概念就是薛定諤的貓……
箱中之貓處於「死－活疊加態」——既死了又活著！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。這就是疊加態的概念——不測量得不到結果，一旦被測量就改變狀態了……這裡，我們還需要知道一類典型的疊加態，EPR對，這是由兩個粒子組成的量子疊加態，一共有四種~其次，要明白的概念就是隱形傳態……
這是最神奇的~簡單來說，如果將兩個粒子組成一個疊加態，也就是一個EPR對，那麼只要干擾其中一個粒子的狀態，另外一個粒子同步改變狀態……最重要的一點就是：跟兩個粒子的距離無關跟兩個粒子的距離無關跟兩個粒子的距離無關假如，我把EPR對中的一個粒子放在地球，另一個送到月球……我對地球上粒子的疊加態進行一個干擾，月球上的那個粒子的疊加態同時改變。這個干擾就是我們所傳遞的信息~那好了，現在這個信息傳到月球了，我們就能知道了么？
那是不可能的……干擾信息是混在疊加態里的而疊加態我們之前說過——不測量得不到結果，一旦被測量就改變狀態所以想拿到干擾信息就必須對疊加態進行測量，那麼疊加態中的干擾怎麼測量呢？
簡單來說，去掉EPR對本身的疊加態~回到剛才的例子，我需要地球再發給我一個簡訊，告訴我 EPR對（四種中的一個） 的情況，我才能測量這個干擾態究竟是什麼樣子的~這就是量子通信的過程~
——————————————————————————————————————————總結來說量子通信完成了一個什麼過程呢？
1.我需要加密的信息是通過隱形傳態完成的，這是個疊加態，任何複製或者受竊聽行為都屬於測量，一測量，疊加態就有變化~竊聽即銷毀~2.通過普通媒體傳遞的是 RPR對 信息，你獲得了也沒什麼用~EPR對就相當於一個鑰匙，你拿不到隱形傳態的疊加信息，拿了鑰匙找誰測誰呢？加密信息通過量子手段（EPR對的超距作用）不用任何媒介進行遠程傳輸~這是量子通信最核心，最神奇的~這是中科院微信公眾號寫的，感覺比較通俗易懂，也比較權威，可以看看http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTA5NTYxOA==mid=2650848077idx=2sn=17a847c75cdb7af84a6c3e1d87c96f12scene=0#wechat_redirect
深度解析本周最耀眼板塊——量子通信
量子通信是啥？
1定義咱們先來了解一下量子的概念吧。量子一詞來自拉丁語quantus，意為「有多少」，代表「相當數量的某物質」。它是現代物理學的重要概念，最早由馬克思·普朗克在1900年提出。普朗克假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的，只能取能量基本單位的整數倍。（馬克思.普朗克肖像）後來的研究表明，不但能量表現出這種不連續的分離化性質，其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。在此基礎上延伸出來的量子力學、量子光學等成為不同的專業研究領域。而量子通信是利用量子相干疊加、量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信技術，是物理學和信息學的交叉產物。
從物理學角度看，量子通信是在物理極限下利用量子效應現象完成的高性能通信，從物理原理上確保通信的絕對安全，解決了通信技術無法解決的問題，是一種全新的通信方式。從信息學角度看，量子通信是利用量子不可克隆或者量子隱形傳輸等量子特性，藉助量子測量的方法實現兩地之間的信息數據傳輸。量子通信中傳輸的不是經典信息，而是量子態攜帶的量子信息，是未來通信技術的重要發展方向。（量子通信與量子理論的關係）↑量子通信大致的工作系統（量子通信工作系統流程圖）↑2量子通信兩大核心方案
量子密鑰分發(QKD,Quantum Key Distribution)量子密鑰分發是以量子態為信息載體，基於量子糾纏關係和量子不可克隆定理，通過量子信道使通信收發雙方共享密鑰，是密碼學與量子力學相結合的產物。其具體做法是用弱相干光源發射光子，因為弱相干光源弱到一定程度，光子會被分離出來，把一個信息編碼在一個光子上，一個光子有著不同的量子態，把光子通過光纖發射過去，接收方接到密鑰後進行解碼。現有的量子密鑰分發技術可以實現實驗室狀態下200公里以上的量子通信，再輔以光開關等技術，可以實現量子密鑰分發網路的運用。基於QKD的量子通信保密系統
本質上說，量子密鑰分發其實依舊依託於光纖通信，而單光子具有不可分割性是量子密碼安全性的物理基礎。因而量子密鑰分發並非顛覆經典通信，更像是給經典通信增加了更加安全的量子密碼保障。量子隱形傳態（Quantum Teleportation）量子隱形傳態又稱量子遠程傳態或量子離物傳態，是利用量子糾纏的不確定特性，將某個量子的未知量子態傳送到另一個地方，然後將另一個量子製備到該量子態上，而原來的量子仍留在原處。其基本原理是利用量子糾纏對的遠程關聯，通過對其中一個糾纏量子和某一個未知量子態進行一些本地測量，實現這個未知量子態在另一個糾纏量子上再現出來。量子態傳送過程是隱形的，通信過程中傳輸的只是表達量子信息的「狀態」，而並不傳輸作為信息載體的量子本身，通信沒有經歷空間與時間，不發送任何量子，而是將未知量子態所包含的信息傳送出去。去年，中科大副校長潘建偉院士的「多自由度量子隱形傳態」研究被評為 2015年度國際物理學領域的十項重大突破之首。總結一下，量子密鑰分發與量子隱形傳態之間一個很重要的區別在於：前者在傳送量子態的過程中，光子會經由光纖或自由空間被實際傳送到接收方； 後者則不然，糾纏光子對分處兩地，量子態在一處消失後，卻在另一處被重現，而光子本身卻並不被傳送。目前，量子密鑰分發已經開始產業化，包括下半年即將完工開通的「京滬幹線」，以及滬杭量子通信幹線，陸家嘴量子通信金融網等。而量子隱形傳態雖然在技術上中國走在美國的前列，但現在僅僅是技術突破，離產業化還尚有距離。3量子通信的特性量子通信的特性不可分割性：因為光子具有不可分割性。在單光子發射的情況下，竊聽者不可能採用將光子分成兩半，一半用於獲得密鑰，一半傳輸給接收方的方式避免被發現。
無法克隆性：因為光子是無法準確測量的，所以不能被竊聽者複製。竊聽者無法通過準確測量光子，克隆出一個一模一樣的量子獲取信息。所以說在量子通信的範疇內，只要竊聽者竊取信息，必定會被發現。另外，隨著計算機（尤其是量子計算機的研製）運算速度不斷提高，原來經典的、傳統的公開密鑰演算法（RSA）受到衝擊，相對只能依靠密碼長度和複雜性保證安全性的RSA演算法而言，量子通信可以真正做到「一次一密」，真正實現密碼無法破譯。市場空間量子通信屬於高科技產品，最初的應用主要在軍事需求，超高的安全性，因此，得到國防的大力投入，在研究實力方面，軍方的量子通信技術是最高的。隨著技術的成熟，量子通信開始向民用拓展，實現科學技術轉化成生產力。《2016-2020年中國量子通信行業深度調研及投資前景預測報告》中指出，量子通信在軍事、國防、金融等信息安全領域有著重大的應用價值和前景，不僅可用于軍事、國防 等領域的國家級保密通信，還可用於涉及秘密數據和票據的電信、證券、保險、銀行、工商、地稅、財政以及企業雲存儲、數據中心等領域和部門，而技術又相對成熟，未來市場容量極大。（量子通信應用範圍）其中在專網市場，根據前瞻產業研究院的數據，2014年國內專網通信市場規模約為76.2億，2012-2014年複合增長率約為14%。隨著量子通信技術的引入，國家對專網的持續投入加大，我們預期專業無線通信市場未來幾年將保持高速度增長，保守估計到2020年我國專網通信行業的市場規模將有望達到300億元，（2014-2020年間複合增速為25.66%）。由於專網市場增量需求中比較大的一塊來源於量子通信的滲透於應用，預計到2020年，將有35%的專網市場有望採用量子通信技術。因此，在專網市場內，量子通信的專網市場規模有望達到105億左右。（國內專網市場規模及增長預期）
而在公網市場，三大運營商的資本支出主要決定了國內公網投資建設的市場規模。由於4G投資，三大運營商在近兩年的資本支出出現一定程度上漲，合計達4000億左右。未來，隨著4G投資的結束，以及營改增對於三大運營商的利潤壓力，其每年資本支出將出現一定程度回落，預計為3500億左右。若到2020年，在公網市場，量子通信對於傳統通信的替代率為2.5%，量子通信在公網市場中的規模將達到70億元左右。量子通信爆發的催化劑
首顆量子科學實驗衛星將在2016年8月擇機發射，將首次實現衛星和地面間量子通信，初步構建我國廣域量子通信系統，並推動量子通信在廣域網無線加密中的發展。這將是國際上首次實現星地間量子通信，初步構建我國廣域量子通信體系，並極大推動廣域量子網路發展。（量子通信衛星）而且根據預測，在首顆量子實驗衛星發射成功後，我國還將發射多顆衛星，到2020 年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發,屆時聯接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。到2030 年左右，則將建成全球化的廣域量子通信網路。下半年，京滬幹線，杭滬幹線和烏鎮量子通信城域網建成，標誌量子保密城際固網建設逐步展開。京滬幹線：世界第一條量子通信保密幹線。2013年，中科院、中國科學技術大學啟動「京滬幹線」項目，傳輸距離達2000多公里，途經北京至上海多個城市，主要承載重要信息的保密傳輸。（京滬幹線示意圖）杭滬幹線：全國第一條量子商用幹線。該通信幹線的速度將10倍於光纖量子通信幹線「京滬幹線」。從杭州到上海沿線，政府、銀行、企業等對數據保密傳輸需求較高的主體能獲取安全性強、保密度高的專線數據服務。烏鎮量子通信城域網：「神州量子」公司將在今年建成烏鎮量子通信城域網，屆時，所有落戶烏鎮的互聯網企業的數據中心都可以用量子通信網路串聯起來，讓數據在絕密安全的量子通信網路里互聯互通。同時，烏鎮的政務數據將在城域網內得到技術上最高級別的保護，烏鎮電力系統的運營也將獲得城域網的支持，烏鎮的無線城市和智慧城市也將在更安全的網路環境中運行。（量子保密固網示意圖）未來三年京津冀、長三角、珠三角等重點城市群將啟動量子通信城域網建設，量子保密固網將初步形成全國性覆蓋。量子通信產業鏈公司梳理
作者/鍾海森以上內容由飛笛資訊原創，更多財經科普知識請關注21世紀明天日報（微信號：sjmtrb）我的理解就是點球射門，傳統是直線球，而量子是香蕉球
剛好在火車上和女友說過這個問題。但願你知道電子有兩種自旋狀態，向上或向下，計算機也使用二進位，可以認為0和1與電子的自旋態一一對應，那麼我們可以據此製造計算機。所謂量子糾纏是指兩個電子，測得其一的狀態，另一個電子的狀態也可知，心靈感應。前提是兩電子處於糾纏態。
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高科技的忽悠
量子通信有點忽悠，最原始的電報和密碼本就能達到這個效果，密碼本 本身就是量子糾纏，如果密碼本夠複雜（夠暴力猜1億年），那麼只要沒有密碼本，任何竊聽都是徒勞的。量子通信其實是用現代磁電技術傳遞並核對密碼並檢驗竊聽者。而這些功能，把原始電報的密碼本升級成「超級」密碼本就搞定了。而量子通信里，量子的超時空特性沒有得到直接應用，傳輸速度仍局限於光速。打回原形
比如A有一個自製的大密碼本，複製一份，親自護送到B處。或者AB從小是好朋友，約定了外人無法知道的許多暗語。那麼他們之間傳遞的主體信息就是安全的。因為A處密碼本或暗語跟B處密碼或暗語，本身就是糾纏狀態，因為密碼本一樣，這個糾纏態也不會因為有人竊聽或直接明聽而打破。現在所謂的傳統通信「不安全」其實是指，如電信公司的加密技術可能很多技術人才都知道，很多人能山寨一樣的加密模塊和晶元。相當於上述密碼本成為泄漏的或公開的密碼本。竊聽者能夠竊聽到原始信息，無非是拿這些泄漏的技術還原的。又好比 -- 假如除了AB兩人,大家都不知道ZIP,RAR加壓縮技術的時候，A傳輸一段ZIP亂碼給B，B根據ZIP字典和演算法解壓成原始信息。竊聽者光得到亂碼卻無法解壓，那麼ZIP具有加密作用。現在全世界都知道ZIP演算法，通過暴力也可與猜解簡單口令的信息。那ZIP就僅有壓縮作用了。
量子通信的破解，腦洞要開大點
軟肋 現在搞量子通信，利用竊聽會被發現這個原理來達到防盜目的，然後忽悠成終極安全解決方案。我只知道探索這些微觀世界的特徵，試驗一次強子對撞的電費夠某個城市一年的家用電費。上千萬上億元的投入都這裡邊。如果全世界都在搞技術競爭，軍備競賽，我看窮人和難民會越來多的。 如果研究量子，那就把地球視為一個整體。因為與『燒錢』糾纏的是『貧窮』，不信你親自做個物理實驗，把你的錢燒掉，看看是不是窮了一點，甚至被抓進去。古人早就知道量子糾纏，所謂知白守黑，陰陽互補，感而遂通。發展出的易經、卦、數、面相、風水、中醫等無一沒有用到量子理論。其中的八卦，更是比「薛定諤的貓」更加透徹的講述了一個「錯綜複雜」（錯卦、綜卦、復卦、雜卦）的道理，這裡邊多少糾纏？多少不確定？--無量無邊。 量子技術在發展，腦波技術也在發展。央視《挑戰不可能》中，松明與李昌鈺的心理鬥法。更是根本沒有用到任何現代技術。全憑肉腦袋就解密了對方的心理。如果用到現代技術呢，腦波識別設備（很多有錢的殘疾人的假肢設備都已經用到了），盜夢技術，讀心技術的發展，可以達到對量子通信的干擾與攻擊，跟現在網站的DDOS,CC攻擊似的，到時候，竊聽者得不到信息，也干擾到收發者無法通信。局限
量子宏觀理論現在沒有研究透，在太陽系內，用牛頓理論就夠了。宏觀上，我們一般會忽略啟用量子理論。可是為什麼呢，不終極、不究竟呀！或者在更大的宇宙中系統中，我們的地球是不是也是表現的像個非常明顯的微粒子呢？怎麼來統一微觀與宏觀中的量子理論？ 答，用易經或佛學（我認為他們理論的終極是一體的，易對終極的描述參見道德經，強名曰道，象帝之先；佛對終極的表述是「真如」，假名真如非言詮所能及）。易經就是終極統一場，這裡，弦理論要讓一讓。弦跟易經跟佛學的相通之處是目前凡人及設備無法去真實的去徹底驗證，具體點是，弦跟易比較像，易本意就是不停的波動，弦跟（佛學）心念有點像，心念本身就是生滅輪迴法。不同之處在於易經與佛學已經解釋了諸多已經發生了的現象，沒一條違背現實科學原理，（偽道學、偽佛學或誤解的道學、佛學以及半瓢水的道學、佛學請先不要噴，深入研習五年以上再說話） 我要說的是，道學或佛學包含並能完善量子理論，解悟或證悟終極。而量子理論卻不能解釋終極。於是量子理論就成為不完善的理論。比如不確定性，在易學和佛學裡都是確定的，所以易經是數字化的，不搞半點模擬，也叫術數或數術。佛學裡邊叫實相圓明，不生不滅，不垢不凈，不增不減，標準的更是超脫了數字技術。遺憾的是凡夫心識蒙塵，看不到實相，唯有修行去雜才能融入宇宙，天人合一。漏洞
如果用上量子理論，那麼竊聽者本身就是系統之一，怎麼能排外呢。如果竊聽者選擇竊聽和不竊聽都會的收發者起糾纏作用。不能總以微觀理論來解釋一切。總是大氣候決定小氣候，大系統決定小系統，地月圍著太陽轉，太陽圍著銀河轉。現在從地球向月球發送單光子，而不擾動整個宇宙，是不可能的。因為整個宇宙是一個系統。大家都是觀察者。無數別的單光子給你發送的單光子碰撞，看誰的加速高，衝量大而已。糾纏何止千千萬，簡直是無限。由於讓有限的智慧和憋足的設備來操作，所以只能得出不確定性。這個精度是不準確的。那就成了模擬的了，跟易經里的算命術一樣，精度不夠，卦術講的是心誠而心不純誠，八字講的是時空，而時不準精方位難定。易經是終極理論，但算命術不是。只是局部應用。量子通信的應用未必比算命術精準。安全更是能被系統超控的。狀元與乞丐的寓言故事正是被算命者(或者叫無心的超控者)干擾了原本的路線。 再打個比喻：A本來想給B發個加密信息「你吃飯了嗎」，看到超控者C剛沖廁所出來，於是A那根神經觸動，給B發了條「你今天好漂亮」，B回復「貧嘴，你那隻眼看見了」，A回復「心眼」。這裡邊有個羅素悖論（如理髮師悖論）或薛定諤的貓的破解問題。羅素悖論本身命題是悖論，而不是命題的含義是悖論。羅素悖論弄亂了時空秩序。只管理髮前，理髮後的問題。忽略了理髮中的問題。薛定諤的貓也是弄亂了時空次序。怎麼能用概率來說事呢。放射性物質什麼時候衰變自有定數，人不知道而已不代表人家衰變沒有定數。統計不準而採用概率。就是個開玩笑讓別人猜的題目，竟然搞成高深的科學。跟猜硬幣有什麼區別呢，標準不會錯的答案：大概是死的，或大概是活的，或50%是死的或活的。如果一開始時空界定嚴格，就沒有這個悖論。如30秒內，100%會衰變，那麼30秒後是什麼貓。學過代數和方程就知道，方程式是一個系統，其中的因式都是糾纏狀態，已知條件夠能得到確切的答案，已知條件不夠如 y=2a+b,求b，那麼b一定是個代數式而不是常數。所以已知條件不夠的話，是不能得出終極結果的。但不影響終極結果。好比那個貓的死活，你沒有智慧去知道它的死活，但不影響它的死活。你非要提早知道他的死活請修鍊成「快銀」或「閃電俠」的本領，以光速和衰變物較量一下再說。繞了一大堆，結論就是，有些理論是有漏洞的，或本身是悖論（命題本身是悖論&<就是胡扯&>，而不是命題描述的含義是悖論）。 也就是說 量子通信 的安全問題，還是會受大系統的左右的。終極安全方案 和諧無爭：夜不閉戶，路不拾遺。超級通俗易懂:量子通信拆開來看，量子，以及通信。
量子是一對神奇的RAR文件，只有兩個，不能複製，任何操作會導致文件自行改變。
現在我用不加密的天波發送123。這是壓縮密碼。你能竊取的只有123。然後呢？你只要干涉量子，就會導致rar改變。於是「窺測」本身就成了悖論。即使最通俗的解釋能滿足你的興趣，但你對量子力學的理解也只是冰山一角
A和x是用貝爾基測量產生的糾纏嗎？那A之間B也是嗎？謝謝啊
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