吴华，王向斌，潘建伟



量子通信现状与展望

吴华，王向斌，潘建伟

1 引言

“最近的 16公里量子态隐形传输的成功试验表明，中国将有能力建立起卫星与地面的安全量子通信网络。”——美国《时代周刊》在“爆炸性新闻”栏目中以“中国量子科学的飞跃”为题，对2010年中国科技大学与清华大学合作完成的16公里量子态隐形传输试验进行了评论。相比于经典通信，量子通信究竟有哪些优势，有哪些应用，源于何种原理以及方法和技术手段等，无疑是大家所关心的。我们将在此介绍量子通信的基本概念与方法、技术现状，以及未来应用前景。

量子通信的基本思想主要由Bennett等于 20世纪80年代和90年代起相继提出，主要包括量子密钥分发（quantum key distribution，QKD）和量子态隐形传输（quantum teleportation）。量子密钥分发可以建立安全的通信密码，通过一次一密的加密方式可以实现点对点方式的安全经典通信。

这里的安全性是在数学上已经获得严格证明的安全性，这是经典通信迄今为止做不到的。现有的量子密钥分发技术可以实现百公里量级的量子密钥分发，辅以光开关等技术，还可以实现量子密钥分发网络。量子态隐形传输是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量，实现量子态（量子信息）的空间转移而又不移动量子态的物理载体，这如同将密封信件内容从一个信封内转移到另一个信封内而又不移动任何信息载体自身。这在经典通信中是无法想象的事。基于量子态隐形传输技术和量子存储技术的量子中继器可以实现任意远距离的量子密钥分发及网络。……