量子通信：永远解不开的密码

把密钥扔远，再扔远

　　量子密钥的创意无懈可击，但目前还不能投入大规模应用，原因是很难让一对纠缠粒子在长距离上保持稳定。在几米内有效的密钥，在几公里外就失真，然后消逝在虚空中了。因此超长距离的量子通信，似乎还停留在理论阶段。但在韩教授看来，这并不意味着研究人员的进展缓慢。事实上，近年来，中国科学家一直在刷新量子传输的距离纪录。

　　根据上个月的最新消息，中科大的研究团队，已经让纠缠态的高能光子对穿过10英里长的自由空间通道。这一距离是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是目前国际上没有窃听漏洞的量子密钥分发的最大距离。

研究人员发现，在这个距离上接收端的光子，仍能响应留在后方的光子状态变化。远距传输的平均保真度为89%。这项突破意味着量子通信应用扩大到全球规模，也许不久就会到来。

　　同时，中科大的研究团队还首次证明了：纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后，其纠缠的特性仍然能够保持，并可应用于高效、安全的量子通信。科学家们正在计划开展更远距离的量子通信实验，下一步的目标是通过自由空间实现几百公里的量子通信，超越光纤传输的极限。

　　可以想象，未来应用了量子通信的战场和商界，许多间谍工具和知识将逐渐消亡。

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　　被媒体误读的“量子通信”

　　一些媒体解读“量子通信”时，常常转载使用了“超时空传送”这个容易引起误解的词。的确，不论多远都能“互感”的量子纠缠，很容易让人疑问：这是不是意味着，信息速度上限为光速这个原理失效了呢？

　　事实上，纠缠的两个粒子尽管可以在很远的距离上一个影响另一个，但它们无法传递任何信息。以密钥为例，当双方共享同一套密钥时，并没有发生信息的传递——双方无法利用密钥做任何事情，直到加密的文本传来，密钥才有意义——传送加密文本的速度仍然不可能超过光速。相对论没有失效。

　　量子通信和传统通信的唯一区别在于，量子通信采用了一种新的密钥生成方式，而且密钥不可能被第三方获取。量子通信并不神奇。

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　　量子密钥：从防伪钞创意到光纤通信

　　1970年代，哥伦比亚大学一位年轻学者提出了防范伪钞的量子货币的概念。根据他的理论，量子货币无法复制，一旦被复制就会损坏。不久，他把自己的想法写成论文投向一家专业性杂志。杂志编辑认为是天方夜谭，作了退稿处理。

　　1980年代初，美国密码专家彼尼特和一位加拿大密码学家研究了这位年轻人的设想，发现由此可以建立量子密码，随后BB84量子密钥方案问世。这也就是目前国际上使用最多的一种量子密钥方案。他们的研究结果在实验上得到了证明。

　　但是，BB84方案在从实验室装置应用到光纤网络的过程中，遇到了一个极大的难题——不稳定。各种因素都可能破坏它的稳定性，使传输码常常变成乱码。

　　为了解决稳定性，同时保证信息安全，科学家做了大量努力。近年来，中国科技大学郭光灿教授的课题组的新方案，可保证单向光子的稳定性和安全性，并已获得国际专利。课题组使用这一方案，在2005年租用的一条从北京到天津125公里的光纤上试用，结果非常令人满意。