量子通信是什么意思？它的概念有哪些？

通信" target="_blank">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。 [1] 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。 [1] 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。 [1] 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。 [1] 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 [16] 。

量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，能够实现绝对安全的信息传输和加密，是未来信息安全领域的重要研究方向之一。本文将从量子通信的基本原理、技术路线和应用前景等方面进行详细介绍。

一、量子通信的基本原理

量子通信的基本原理是利用量子力学中的量子态纠缠和不确定性原理，实现信息的传输和加密。

1.量子态纠缠

量子态纠缠是量子通信的重要基础。纠缠是指两个或多个量子系统之间的关系，在某些情况下，它们的状态之间是密切相关的，无论它们之间有多远的距离。这种关系是量子力学中的一种非经典特性，与经典物理学中的相关性不同。例如，当两个粒子处于纠缠态时，如果对其中一个粒子进行测量，它的状态会瞬间反映在另一个粒子上，不论它们之间有多远的距离。这种“瞬时相互作用”是量子力学中的非经典现象，也是量子通信中实现加密的关键。

2.不确定性原理

不确定性原理是量子通信中的另一个基本原理。根据量子力学的不确定性原理，任何测量都会对量子系统的状态造成扰动，测量的精度和干扰程度是存在着一定的限制。这就意味着，如果有人试图窃取传输的信息，他们必须进行一定程度的干扰，这样就会破坏量子系统的状态，使其无法重现原始信息。这就是量子通信中的“量子保密”。

二、量子通信的技术路线

量子通信是一个多学科交叉的领域，需要结合物理学、数学、信息学等多个学科的知识和技术。在技术实现上，目前主要有两种途径：量子密钥分发和量子电报机。

1.量子密钥分发

量子密钥分发是一种通过量子力学原理实现加密通信的方法。在量子密钥分发中，发送方利用量子纠缠的特性，向接收方发送一串随机的单光子，接收方通过测量这些光子的状态，可以得到一串随机数，这就是密钥。由于量子纠缠的特性，任何试图窃取信息的第三方都会导致量子态的崩溃，因此这个过程是绝对安全的。接收方利用这个密钥进行加密和解密，从而实现保密通信。目前，量子密钥分发已经被商业化并在实际应用中发挥了作用，例如金融、政府和军事领域。

2.量子电报机

量子电报机是一种类似于传统电报机的通信方法。在量子电报机中，发送方利用量子态的不确定性原理，向接收方发送一串随机的量子态(例如一个单光子或者一个纠缠态)，接收方通过测量这些量子态的状态，可以得到一串随机数或者原始信息。由于量子态的不确定性，任何试图窃取信息的第三方都会导致量子态的崩溃，因此这个过程也是绝对安全的。

三、量子通信的应用前景

量子通信具有绝对安全的特点，可以在保护个人隐私、保护国家机密等领域发挥重要作用。以下是一些量子通信的应用场景：

1.金融交易

在金融交易中，保密性和安全性非常重要。量子通信可以实现绝对安全的交易和信息传输，从而保护客户的隐私和交易的安全性。

2.政府和军事通信

政府和军事通信中涉及到的机密信息非常重要，传统的加密方法容易被攻击和破解。量子通信可以提供更加安全的通信方法，保护国家机密和保障国家安全。

3.互联网安全

在互联网安全领域，隐私保护和网络安全是非常重要的问题。量子通信可以提供更加安全的通信方法，从而保护用户的隐私和互联网安全。

4.医疗保健

在医疗保健领域，隐私保护和保密性也非常重要。量子通信可以实现更加安全的患者数据和医疗信息的传输和存储，从而保护患者的隐私和医疗数据的安全性。

总之，量子通信是未来信息安全领域的重要研究方向之一，具有广阔的应用前景。尽管目前还存在技术上的限制，但随着量子计算机和量子通信技术的不断发展，量子通信将会成为未来信息传输和保密的重

答：量子通信是量子信息学的一个重要分支。量子通信是利用量子比特作为信息载体来进行信息交互的通信技术，可在确保信息安全等方面突破经典信息技术的极限。这里的量子比特指的是物质的量子状态，比如：电子的自旋，单光子的相位、偏振、强度等维度上的叠加态，或者多光子的量子纠缠态等。

量子通信的研究内容主要分为三个方面。理论研究方面主要是量子信息理论中涉及到量子信道理论和量子编码理论的两部分内容。量子信道理论主要研究内容包括：各种有量子噪声以及有损失的量子信道的信道容量以及其信道容量的各种特性。量子编码理论则主要是研究能够容忍信道损失和噪声的量子纠错编码以及编解码的实现方法。应用研究主要包括两类，一类是在基础科学研究方面的问题，比如通过量子隐形传态、量子纠缠分发开展量子非定域性检验的研究，广义相对论和量子理论结合的研究等。另一类是应用相关的研究，比如通过量子密钥分发、量子认证、量子数字签名等提升传统密码通信技术的安全性;通过量子指纹传输、基于网络多方纠缠分发等提升特定问题的通信效率;通过广域的量子纠缠分发提高探测精度等。工程技术的研究内容是如何操控量子态，实现量子信息的调制、存储、探测。

量子通信有两种最典型的应用，分别是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发(QKD)是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议产生密钥。量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听，从而实现原理上无条件安全的量子保密通信。量子隐形传态是指利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态(即量子信息)，而不用传输这个微观粒子本身。量子隐形传态可以连接量子信息处理单元来构建量子信息处理网络(例如分布式量子计算、分布式量子传感)，同时也是量子中继的重要环节，而量子中继是实现远距离量子密钥分发的重要途径，因此国际学术界将量子密钥分发和量子隐形传态统称为量子通信。量子密钥分发是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。此外，量子通信技术研究中发展出来的很多技术，比如高精度单光子探测器、远距离单光子、多光子干涉技术等也会应用到量子计算和量子精密测量领域。