北京量子信息科学研究院袁之良团队首创量子密钥分发开放式新架构，采用光频梳技术，成功实现615公里光纤量子通信。该架构在确保量子通信安全性的同时，能大幅降低系统建设成本，为我国建设多节点广域量子网络奠定基础。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然-通讯》。

从贝尔实验室开始，到硅谷的崛起，再到电子计算机和遍布全球的互联网，人类文明正在一步一步地全面进入信息时代。不过，目前的常规通信多采用加密技术解决安全通信问题。但密码总存在被破译的可能，尤其是在量子计算出现以后，采用并行运算，对当前的许多密码进行破译几乎易如反掌。

可以说，如今，信息传输，已经从“如何传输”，走入了“如何安全传输”的时代，而量子通信正是这一段信息革命的直接继承者——当前，基于量子密钥分发与经典对称密码算法相结合的量子通信技术正在对计算、通信领域产生重大影响，并越来越成为信息时代的支持力量。

1、是什么支撑了“量子通信”？

上世纪中叶，人类以量子力学为基础开始认识和利用微观物理规律，推动产生了激光器、半导体和原子能等具有划时代意义的重大科技突破。进入二十一世纪，量子技术更是与信息技术深度融合，第二次“量子革命”正在到来。作为量子革命的重要组成部分，所谓“量子通信”就是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。

当前，我们已经知道，量子有许多经典物理所没有的奇妙特性，量子纠缠就是其中突出的特性之一。在了解量子纠缠以前，一个更为人们所熟悉的现象，其实是“心灵感应”。简单来说，就是两个相距遥远的陌生人不约而同地想做同一件事，好像互相的心灵之间能够感应到对方的存在。

与“心灵感应”相类似，量子力学研究发现，宇宙中任何一个粒子都有“双胞胎”，二者即使隔开整个宇宙的距离，也仍然一直保持同步同样的变化。一对粒子同步同样变化的状态，就是量子纠缠态。处于量子纠缠的两个粒子，无论分离多远，它们之间都存在一种神秘的关联，只要一个粒子的状态发生变化，就能立即使另一个粒子的状态发生相应变化。也就是说，我们可以通过测量其中一个粒子的状态来得知另一个的信息。

量子的另一个奇妙特性是量子具有测量的随机性和不可克隆的属性——任何的测量都会破坏量子的本来状态。从测量的随机性来看，在量子力学里，光子可以朝着某个方向进行振动，这就叫作偏振。因为量子叠加，一个光子可以同时处在水平偏振和垂直偏振两个量子状态的叠加态。这时，如果我们拿一个仪器在这两个方向上进行测量，就会发现每次测量都只会得到其中一个结果：要么是水平的，要么是垂直的。测量的结果完全随机。

并且，在日常的宏观世界里，一个物体的速度和位置，一般是可以同时准确测定的。比如，我们要测量一架飞机，雷达就可以把飞机的速度、位置都准确测定。然而，在量子世界，测量却会破坏或改变量子的状态。如果我们把一个量子的位置测准了，它的速度就无法再测准。既然测量量子的状态会出现随机的结果，那么人们自然也无法对一个不知道其状态的量子进行复制。

在量子纠缠的特性以及量子测量的随机性和不可克隆的特性下，量子通信也就保证了安全。在量子密码共享或量子态传递过程中，如果有人窃听，它的状态就会因窃听（测量）发生改变，密码接收的误码率会明显增加，从而引起发送者和接收者的警觉，而停止该信道的发送。

并且，由于量子具有测量的随机性和不可复制的特性，因此几乎不可能被破译，因为传统通信的密钥都是基于非常复杂的数学算法，只要是通过算法加密的，人们就可以通过计算进行破解。而量子通信则可以做到很安全，不被破译和窃听，这在数学上已经获得了严格的证明。

可以说，作为新一代通信技术，量子通信为信息提供无法被窃听、无法计算破解的绝对安全保障。

2、运营商推动量子通信技术应用落地

量子通信作为量子技术的主要应用方向，2022年来，量子通信行业快速发展，市场规模稳定扩大，国内的三大运营商也加快了量子通信的布局步伐。

回顾2022年，中国电信发布了基于量子信息技术的VoLTE加密通话产品——天翼量子高清密话，该产品采用国产定制手机、量子安全SIM卡和国密算法“三重保护”，在保障终端原生支持、VoLTE高清通话基础上，为用户提供“管-端-芯”一体化安全防护并带来科技、时尚、安全和便捷的保密通信新体验。

中国移动方面，中国移动通信有限公司研究院近日与本源量子首次签署合作协议，为5G及6G面临的算力瓶颈探索量子算法解决方案。此外，中国移动也宣布将发布量子加密通话业务，提供安全的量子通信业务。

中国联通方面，发布《云时代量子通信技术白皮书》，探讨了量子通信技术与传统信息通信技术的融合发展与应用。下一步，中国联通将积极响应国家号召，持续在量子通信领域发力，不断推进量子通信标准、产业化发展及应用。

3、量子通信是经典通信的替代吗？

目前，随着量子通信的发展与进步，保密措施变得越来越复杂、越来越可靠。人类也在致力于将量子保密通信向更远距离和更大规模的广域网络发展。

量子通信能够应用于信息对抗，改进军用光网信息传输保密性，提高信息保护和信息对抗能力；并能够应用于深海安全通信，为远洋深海安全通信开辟了崭新途径；利用量子隐形传态以及量子通信绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点，将建立满足军事特殊需求的军事信息网络，为国防和军事赢得先机。

而在国民经济领域，量子通信则可用于金融机构的隐匿通信等工程以及对电网、煤气管网和自来水管网等重要基础设施的监视和通信保障。

不过，值得一提的是，量子通信虽然具有革命性的力量，但却并不是为了取代传统通信而生。量子通信和传统通信是两种不同的通信形式，量子通信是为了让传统的数字通信变得更安全。

实际上，无论是量子密钥分发，还是量子隐形传态，都离不开一个需要经典通信的“经典信道”。对于量子密钥分发来说，收发双方需要通过经典信道比对测量方式，从随机的测量方式中挑选出一样的那部分，只有这部分的量子测量出的结果才能作为无条件安全的量子密钥使用。

对于量子隐形传态来说，收发双方同样需要通过经典信道比对测量方式，这样接收方才能做出正确的操作，正确还原出传输的量子比特。量子隐形传态利用的是量子纠缠，这个经典信道的存在使得单纯靠量子纠缠无法传送量子比特，因此超过光速的量子纠缠无法超光速传递信息，这样就不会违反相对论。

可以说，量子通信其实是经典通信之外的一个新战场，和一个新的发展机遇。对于通信产业来说，经典通信就好比是煤炭燃烧的化学能，量子通信就好比是电能。大部分电能离不开化学能，而量子通信也离不开经典通信。

并且，电能还将对化学能有所继承和发展，使得电能可以应用在更多的地方，更好地去控制机器，并且能够处理和传输信息。而量子通信对经典通信的继承和发展，一方面，就是让经典通信变得更安全，信息不会被半路截获；另一方面，量子比特还可以突破经典数字通信的限制，让信息传输变得更高效。

说到底，量子通信的魅力就在于其可以突破现有的经典信息系统的极限，这在缺乏信息安全的当下，是极大的安全感。从理论走向现实应用，量子通信，正在升级信息时代，引发一场关于通信的技术变革。

文章来源： 通信信息报社，钛媒体，长江日报