量子通信作為以量子態為信息載體的革命性技術，其重要性在于利用量子態的不可克隆性從根本上保障通信安全，能實時感知和阻止竊聽，使竊聽者得不到密文，從而消除了傳統加密可能被破解的隱患，還可抵御量子計算帶來的密碼安全威脅。量子隱形傳態等技術是構建量子互聯網的基石，在工業互聯網、衛星通信等場景具有重要的應用前景。量子通信對國家安全、科技競爭和未來通信技術變革具有戰略意義。

5月17日，“世界電信和信息社會日主題活動”在江西南昌舉辦，清華大學教授，北京量子信息科學研究院副院長龍桂魯以《量子通信——通信家庭的新成員》為題發表演講，他表示：“量子通信是以量子態為信息載體的革命性技術，自1984年量子密鑰分發概念提出以來，歷經四十載探索，已形成五個核心技術體系。量子直接通信是信息安全的‘特種兵’，在沒有竊聽時才進行通信。它不僅有一定的隱身功能，還能實現安全可靠的通信，是一個新的網絡安全工具?！?/p>

清華大學教授，北京量子信息科學研究院副院長 龍桂魯

在傳統通信中，密碼安全依賴于算法復雜度，使得竊聽者看不懂來保護信息安全。而量子通信就是利用量子性質來感知竊聽，使得竊聽者看不見來保證信息的安全，它是新的網絡安全技術。

量子密鑰分發技術：

用量子態協商安全的密鑰

量子密鑰分發利用量子的測量改變狀態和不可克隆等性質，使用量子態傳輸隨機數，從而協商出安全的密鑰，用于后續的信息加密，實現理論上絕對安全的加密通信。

龍桂魯介紹量子密鑰分發（QKD）是最早研究的量子通信技術。雖然早期研究者曾嘗試將信息直接加載于量子信號，但因為投稿論文被拒而轉向研究傳輸隨機數的量子密鑰分發。用戶可以判斷用量子態傳輸的隨機數是否被竊聽，只將在傳輸中沒有被竊聽的隨機數作為加密密鑰。該技術通過量子態的不可克隆性與測不準原理，實現了通信雙方對竊聽行為的實時感知，為信息安全筑牢防線，成為首個落地的廣義量子通信協議。

你是否想象過像科幻電影中那樣“隔空傳物”？量子隱形傳態雖不能搬運實物，卻能傳遞量子態信息，堪稱“量子搬運工”。它的核心是“量子糾纏”——兩個相距遙遠的粒子如同心靈相通的雙胞胎，一個狀態改變，另一個也會同步響應。通過預先分發糾纏粒子對，再結合經典通信，就能將一個粒子的量子態“搬運”到遠方的另一個粒子上。

量子隱形傳態：

量子隔空搬運

量子隱形傳態是一種利用預先分布好的量子糾纏與一些經典通信的轉換來傳送量子態至遠方位置的技術，是一種全新的通信方式。

龍桂魯在演講中詳細展示了量子隱形傳態的原理，并闡釋了其運行過程：量子隱形傳態借助量子糾纏實現“隔空傳態”，通過預先分發糾纏態粒子，對本地粒子與目標粒子進行聯合測量，并將結果傳輸至遠端，遠端粒子經操作后可復現目標粒子狀態。盡管科幻中的人體傳輸尚不可及，但單粒子的遠程傳輸已在實驗室實現，未來將成為量子互聯網的關鍵組網技術。

傳統通信需要先加密再傳輸，而量子直接通信就像一條“隱秘防窺的管道”，無需額外加密即可實現安全對話。舉個簡單例子：你想給朋友發一條消息，先發送“半句話”（部分量子態），如果檢測到有竊聽，就立刻中斷；如果安全，再發送“后半句”。

量子直接通信：

用量子態安全傳輸信息

量子直接通信突破傳統加密模式，實現信息的安全直傳。龍桂魯介紹，2000年，我國團隊獨立提出了基于量子糾纏的直接通信協議，通過分步傳輸與竊聽檢測機制，確保通信全程安全。例如，傳輸中先發送糾纏光子對中的一個光子的“半句話”，檢測竊聽無異常后，再續傳后半半句話，即使遭遇竊聽，攻擊者也無法獲取任何信息。

此外，量子計算是分析密碼算法的矛，龍桂魯在2001年構造了量子精確搜索算法，影響至今。中國科學院軟件研究所計算機科學國家重點實驗室可信計算與信息保障實驗室和密碼科學技術國家重點實驗室撰寫的《后量子對稱密碼的研究現狀與發展趨勢》一文中指出，龍桂魯等人給出了量子搜索算法的三維表示，并利用這一表示給出了“Long算法”，這一算法可以解決Grover算法具有一定的失敗概率的問題。這一工作得到了Grover的認可，并被Toyama等人證明是迄今為止最簡單、最有效和參數最優的量子搜索算法。

在演講結束時，龍桂魯分享了我國在量子通信領域的最新成果：我國科研團隊提出了單向量子直接通信理論，并成功研制出實用化系統，創造了在104.8km標準光纖通信實驗測試中連續168小時、速率為2.38kbps的穩定傳輸紀錄，量子直接通信有望從理論構想邁向實際應用階段。

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作者：孫天

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