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量子通信这几年发展非常迅速，频频在各大媒体中亮相，吸引了广泛的关注。

  Part.1  什么是量子？  

让我们把穿越时空，回到十九世纪末。 

那个时代，是经典物理学的巅峰时代。以牛顿大神为代表的科学家们，在力学、热学、光学、声学、电磁学方面取得了突飞猛进的成就。

在世人看来，整个科学体系似乎已经搭建完成，无懈可击。

但是，随着时间的进一步推移，科技发展又进入了新的阶段。大量高精尖实验仪器的问世，帮助人们逐渐打开了微观世界的大门。

科学家们的研究对象，从低速物体逐渐变成了高速物体，再到音速、超音速、光速；从大型物体到小型物体，再到微观物体。

科学家们发现，很多实验结果都无法用经典物理学解释，甚至和传统的理论认知背道而驰。

最为代表的，是「迈克尔逊-莫雷实验」和「黑体辐射」。

这两个概念非常复杂，限于篇幅，我就不详细解释了。我们只需要知道，「迈克尔逊-莫雷实验」后来催生了大名鼎鼎的“相对论”。而「黑体辐射」呢，催生了我们今天的主角——“量子论”。

1900年10月19日，为了解决黑体辐射的紫外灾难，普朗克在德国物理学会上报告了关于黑体辐射的研究结果，成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻。

在同年的12月14日（历史上也把这天认为是量子物理的诞生日），他发表了《关于正常光谱的能量分布定律》论文，得到一个重要结论：能量是由确定数目的、彼此相等的、有限的能量包构成。

普朗克的发际线演进过程。。。

一个物理量存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。

“量子化”，指其物理量的数值是离散的，而不是连续地任意取值。

例如，光是由光子组成的，光子就是光量子，就是一种量子。 

而光子，就不存在半个光子、三分之一个、0.18个光子这样的说法。是不是有点晕？别急，我们总结一下：

• 量子一词来自拉丁语quantum，意为“有多少”。

• 量子不是具体的实体粒子。

• 量子是能表现出某物理量特性的最小单元。

• 量子是能量动量等物理量的最小单位。

• 量子是不可分割的。

• ……

不知道有没有明白一些？　我相信不少童鞋就已经落荒而逃了。没明白也不用气馁，非物理学专业的童鞋，确实很难理解量子这个概念。敢于承认自己不懂，也是很了不起的。不管怎么样，大家就先记住一点——光子就是一种量子。后面我们会用到这句话。

Part.2 量子知识体系的分类     

首先，我们先看一下量子信息的学科分类。量子信息结合了量子力学和信息科学的知识，属于两者的交叉学科。

而量子信息又分为了量子计算和量子通信。大家经常听说的量子计算机，就属于量子计算，和我们今天介绍的量子通信有很大的区别。

量子通信，分为“量子密钥分发”和“量子隐形传态”。它们的性质和原理是完全不同的。

简单来说，“量子密钥分发”只是利用量子的不可克隆性，对信息进行加密，属于解决密钥问题。而“量子隐形传态”是利用量子的纠缠态，来传输量子比特。接下来，我们分别介绍一下它

Part.3 量子密钥分发    

3.1 密钥的重要性

首先，我们先来看看一次正常的传统加密通信是怎么实现的：

步骤1：A先写好明文。

步骤2：A通过加密算法和密钥，对明文进行一定的数学运算，编制成密文。

步骤3：密文被传递给B。

步骤4：B通过解密算法（加密算法的逆运算）和密钥，进行相应的“逆运算”，把密文翻译还原成明文。

步骤5：B阅读明文。这种加密通信的关键要素，大家都看出来了，就是密钥。

对于第三方来说，获得密文非常容易——如果你用无线电传输密文，无线电是开放的，对方很容易截获。如果你用有线介质，通讯距离几千公里，也很难保证每一处的安全。

以我们现在使用最多的光纤为例，它就很容易被窃取信息：

所以，传递的信息，必须经过加密，才能保证安全。而加密使用的密钥，非常关键。

当年二战，就是因为美军破解了日军的密钥，结果将山本五十六的座机击落。英军也是因为借助图灵的帮助，破解了德军的密钥，最终获得战争优势。

关于密钥，最初人们使用的是密码本，后来是密码机，再后来就是RSA等加密算法。

加密算法出现时，因为人和机器的算力有限，所以破解一个算法很慢，难度很大，时间很长。现在，有了计算机、超级计算机，算力越来越强大，破解算法的速度也越来越快——RSA512算法在1999年就被破解；RSA768在2009年被破解；MD5和SHA-1两大密算也已告破……在这种情况下，没有任何密钥是绝对安全的。再复杂的算法，破解起来只是时间和资源的问题。

那么，究竟怎么样才能实现真正的绝对安全？信息论创始人，通信科学的鼻祖，伟大的克劳德·香农先生，总结提出了“无条件安全”的条件：

• 密钥真随机且“只使用一次” 

• 与明文等长且按位进行二进制异或操作 

这样的方法，理论上是不可破译的，香农对它进行了严格的理论证明。

但它也有缺点，就是需要大量的密钥，而密钥的更新和分配存在漏洞（存在被窃听的可能性）！ 所以，不解决密钥分发的问题，就不可能实现无条件安全。这也导致了在香农发布了这一成果之后，根本没有人能够使用这种方式。而量子密钥分发，就是为了解决这个问题！

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