何为量子直接通信? 为何量子通信通常被认为是未来的技术

量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。 量子隐形传态基于量子纠缠对分发与贝尔态联合测量，实现量子态的信息传输，其中量子态信息的测量和确定仍需要现有通信技术的辅助。量子隐形传态中的纠缠对制备、分发和测量等关键技术有待突破，处于理论研究和实验探索阶段，距离实用化尚有较大差距。

量子密钥分发，也称量子密码，借助量子叠加态的传输测量实现通信双方安全的量子密钥共享，再通过一次一密的对称加密体制，即通信双方均使用与明文等长的密码进行逐比特加解密操作，实现无条件绝对安全的保密通信。 以量子密钥分发为基础的量子保密通信成为未来保障网络信息安全的一种非常有潜力的技术手段，是量子通信领域理论和应用研究的热点。 2022年4月13日报道，中国科学家设计出一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统，成功实现100公里的量子直接通信。

9月9日，北京商报记者在“两区”建设两周年工作新闻发布会上获悉，两年来，海淀区全力推进“两区”建设，取得了积极进展。通过围绕数字经济试验区、全球创业投资中心以及科技体制改革先行示范区建设，即“两区一中心”建设，海淀区已落地世界最长量子直接通信距离、全球最大智能模型“悟道2.0”、全球首款96核区块链专用加速芯片、国际首台量子直接通信原理样机等一批重大创新成果。

何为量子直接通信?在北京量子信息科学研究院，北京量子信息科学研究院副院长、清华大学物理系教授龙桂鲁向北京商报记者介绍说，量子直接通讯是直接传输信息的量子保密通信，能阻止窃听，无需加密，是可靠和安全的通信。

“得益于研发机构新的灵活机制和北京市的经费支持，可以灵活地按需分配经费，我们现在的工程研发力量非常强，并且汇聚了来自多个大学不同研究团队的优秀人才，对比其他大学和研究所，具有很强的工程实现能力。”龙桂鲁说。

为铁路行业制定国家标准的中国铁道科学研究院已经与汪超接洽，计划将量子通信引入高铁。几天前，两家中国信息技术公司被曝光向境外出售高铁数据，这将可能导致中国铁路通信泄露，并威胁到数百万乘客的安全。这是世界上最大的高铁网络。

汪超表示，铁道科学研究院想知道基于量子的密码学(使用物理定律防止窃听的技术)是否可以为上述涉及的大量基础设施提供得以负担的信息保护。“传统的铁路通信系统存在安全漏洞。理论上，量子安全解决方案通过牢不可破的设备和受信任的中继器提供改进的保护，随着该领域的私营公司致力于提供更便宜、更小的设备，行业客户已经能够负担得起这项技术。”

量子通信通常被认为是未来的技术，也是一个依赖政府补贴的行业。但由于技术突破、成本降低和需求增加，它最近在中国成为一项蓬勃发展、有利可图的业务，正在将更多的物理学家转变为企业家。

循态量子于2017年由汪超的导师曾贵华教授创立，汪超当时在上海交通大学攻读物理学博士学位，随后加入了这家初创公司。因为他相信量子加密是一种经过验证的技术，“正准备走出实验室”;量子设备不再笨重且能够稳定性能、能够集成到传统的通信基础设施中。汪超表示，包括中国最大的电信服务提供商、电网公司和地铁运营商在内的主要工业用户去年都开始对循态量子产品表示兴趣。这是一个重大变化：因为多年来，像循态量子这样的公司主要为政府提供服务。

量子通信技术商业化的最早尝试是在2009年5月，当时中国最著名的量子科学家潘建伟教授和中国科学技术大学的几位同事成立了一家公司——科大国盾量子技术股份有限公司(国盾量子)，现在已经是一家上市公司，市值超过80亿元人民币。

国盾量子诞生仅两个月后，中国科学院量子信息重点实验室的郭光灿教授就在安徽省芜湖市创办了另一家公司——安徽问天量子科技股份有限公司(问天量子)。

当时很少有人听说过量子通信技术。这些设备大多是为实验室实验而制造的小工具，几乎没有人预料到这些合资企业会盈利：由于中国政府发起的一些大型项目，初创企业得以幸免于难。

其中包括一个耗资5.6亿元人民币的项目，用于在北京和上海之间建设一条量子通信线路——“京沪干线”，该项目于2013年得到了中央政府的支持。它为国盾量子和其他初创企业开发的许多量子器件的应用提供了试验场，这些公司用它来微调旗下产品并培养人才。

量子力学这个名字如今已经是妇孺皆知了。但是很多人可能并不知道量子力学是什么?

我们经常会听到量子纠缠，电子的双缝干涉实验引起的测量坍缩，甚至将这种坍缩引申到意识层面，试图用量子力学诠释唯心主义。

事实上，这是对量子力学的误读造成的。我们都知道，我们的宇宙分为宏观世界和微观世界。宏观世界十分容易理解，就是我们日常所处的地球表面，太阳系，银河系以及大尺度宇宙结构。

而微观世界就是人类肉眼甚至是普通显微镜都无法看到的世界。在量子力学中，微观世界指的是比原子更小的物质尺度的世界。

当科学家第一次用探测器观察到微观世界时，对这里的规律还全然不知，所以肯定会用早已成熟的牛顿力学套用到微观世界里。比如会认为电子绕原子核运动一定遵守牛顿三大定律，所以电子一定是圆周运动。

当我们对电子的运动观察得更为深入时，却发现这里的一切都表现得十分陌生，甚至完全不遵守牛顿力学的法则。于是我们只能重新发明一套量化工具描述电子的运动。这种新发明的物理工具就是量子力学。量子力学最神奇的一个现象就是量子纠缠。

在微观世界，一旦多个粒子的量子状态相互缠绕，即便将它们分离多么遥远，它们依旧可以相互影响。

在理论上，这种影响的速度不仅远超光速，甚至都没有速度的概念。虽然在理论上，我们知道量子纠缠是没有速度概念的，无论多么遥远都是同时作用的。测量其中一个粒子，哪怕另一个粒子在100亿光年外的其他星系上，它们都会同时感应到。理论归理论，实验还是要做的，起码要用实验证明量子纠缠的速度到底有多快。潘建伟教授曾经在青海就搭建了一个测量粒子纠缠速度的实验。

由于实验的规模限制，最后只能测量出量子纠缠的速度是光速的1万倍。但这并不是说明量子纠缠只有光速的1万倍，而是因为实验条件的限制，只能做到这个量级。如果以后实验条件允许，我们可以做量子纠缠超光速1亿倍，1兆倍的实验。

可能这时候就有人疑惑了。相对论不是认为光速是宇宙中最快的速度，为什么量子纠缠可以轻易超过光速，这岂不是违背相对论了?其实，量子纠缠的超光速和相对论的光速并不是同一概念。