1.9　当今所有密码系统都失效了

1.9.1　量子加密的“不破金身”

量子通信由于量子纠缠态的特性保证了信道内容不会被第三方监听，而密码学问题是为了保证信息保密，信息完整性验证，信息发布的不可抵赖性。量子通信解决了中间人攻击的问题，但是针对传统的泄密、业务逻辑、软件本身存在漏洞这些问题是没有办法解决的。

1. 不可窃听量子通信

前面已经讲了，量子密钥分发的过程中，上帝也没辙了，只好掷骰子决定。抛出单号就走1号口，双号就走0号口，施行单双号通行。90°的光子也一样，得先掷骰子再通行。就像现在汽车单双号限行。

只要上帝掷骰子，比特传输就有可能出错；只要有出错的可能，这个比特的传输就算失败。随后，把传输失败的比特删掉，只留下传输成功的比特。留下的那一串传输成功的比特，就是在这次量子通信中随机产生的密码。

量子通信传输的密码是不可能被窃听的。因为每次只发送一个光子，假如谁拦截了光子，小明立刻就会发现，就可以马上告诉卫星有人窃听。窃听者也不可能复制出一个一模一样的光子来，因为这会违反“量子不可复制定理”。这种量子通信传输的“套路”，叫BB84协议，也许将来上网剁手会用到。物理学家认为，量子通信可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。

2. 量子通信具有很强的保密性

量子具有测量的随机性和不可复制的特性，几乎不可能被破译，以往用微电子技术为基础的计算机技术传递信息极易遭遇窃听。

因为传统通信的密钥都是基于非常复杂的数学算法，只要是通过算法加密的，人们就可以通过计算进行破解。而量子通信则可以做到很安全，不被破译和窃听，这在数学上已经获得了严格的证明。

这种“很安全”是如何实现的？这就要说到在讲量子密钥分发时提到的量子的另外两个特性——测量的随机性和不可复制。

什么是量子测量的随机性？

前面已经讲过，在量子力学里，光子可以朝着某个方向进行振动，叫作偏振。因为量子叠加，一个光子可以同时处在水平偏振和垂直偏振两个量子状态的叠加态。这时，如果你拿一个仪器在这两个方向上进行测量，就会发现每次测量都只会得到其中一个结果：要么是水平的，要么是垂直的。测量的结果完全随机。

在日常的宏观世界里，一个物体的速度和位置，一般是可以同时准确测定的。例如飞机来了，雷达就可以把飞机的速度、位置都准确测定。

在量子世界，测量会破坏或改变量子的状态。如果我们把一个量子的位置测准了，它的速度就测不准了。

既然测量量子的状态会出现随机的结果，那么人们自然也无法对一个不知道其状态的量子进行复制，这就是量子不可复制的特性。

利用这两个特性，量子通信也就保证了安全。在量子密码共享或量子态传递过程中，如果有人窃听，它的状态就会因窃听（测量）发生改变，密码接收的误码率会明显增加，从而引起发送者和接收者的警觉，而停止该信道的发送。如果窃听者一直在这个信道存在，可以换一个没有发现窃听者的信道重新发送。因为能及时发现窃听者，加上量子的不可复制也使得窃听者无法采取信息复制的方法获得合法用户的信息，所以，量子通信具有很强的保密性。

1.9.2　走近“颠覆性技术”——量子通信能否取代传统通信

量子通信既然这么厉害，那么未来会不会取代传统通信？

答案是：这是两种不同的通信形式，量子通信是为了让传统的数字通信变得更安全。

实际上，量子通信的目标并不是把传统的数字通信取代。例如量子密钥分发，它本身是为了让传统的数字通信变得更安全，并不能独立存在，而量子隐形传态则完全取决于量子计算机的发展。只有未来所有的经典计算机都被量子计算机取代了，才完全会用这种通信方式。但问题是，量子计算机和传统计算机就好比核武器和常规武器，是不可能完全取代彼此的。未来应该是量子通信和传统通信一起构建天地一体化通信网络。

量子通信事关国家信息和国防安全，这个战略性领域已经成为发达国家优先发展的信息科技和产业高地。

美国对量子通信的理论和实验研究开始较早，并最先将其列入国家战略。欧盟则着眼于合力构建量子互联网，2015年发布《量子宣言》，计划启动10亿欧元用于推动量子通信和量子技术的发展。日本也制定了量子信息技术长期发展路线图。

虽然在全球量子通信竞赛中，中国起步并非最早，但是在科学家们的不懈努力下，目前中国在量子通信领域已经实现了“弯道超车”。

中国科技大学团队在2007年首次实现安全通信距离超过100km的光纤量子密钥分发，2016年又将安全距离提高到400km；2016年中国发射全球首颗量子科学实验卫星；2017年世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通，希望到2030年左右，能建成全球化的广域量子通信网络，并在量子计算领域有所作为。