人类从诞生以来，就一直在追求安全，人身安全、部落安全、国家安全……
在这之中，通信安全更是千百年来人类矢志不渝孜孜以求的梦想。
从古代的狼烟烽火到近代的电报电话，人类在不断地更新通信方式，也在不断地想方设法让通信更安全。
众所周知，一次有效的通信，主要包括以下环节：
信息源→发送设备→信道→接受设备→接收者
当信息从信息员发出，到接收者收到信息中间，信息都有可能被截获、破译，为此人类很早就开始想办法对信息进行加密。
比如在古希腊，斯巴达人将一张皮革固定在特定尺寸的棍子上，绕着特定方向缠绕，随后再将信息写在皮革上，而接收者只需要拿出同等尺寸的棍子，将收到的皮革缠绕即可读出原始信息。
中途如果有人将此皮革截获，只要不知道棍子的尺寸，那么也无法读取信息，最多只能得到零散碎片信息，这是人类最早进行信息加密的探索。
后来，人类开始尝试通过电报电话等方式传输信息，从摩斯电码到网络通信，通信的方式越来越方便，但是通信安全的隐患也越来越多。
传统的通信存在的安全隐患有：网络监听、数据篡改、欺骗、中间人攻击、密码破解、缓冲区溢出等。目前通信主要是操作系统的不安全导致应用系统的各种漏洞层出不穷，无法从根本上解决，且封堵的办法是捕捉黑客攻击和病毒入侵的行为特征，其特征是已发生过的滞后信息。
有几种方法可以提供安全的通讯：第一种是保证传输介质的物理安全，即使任何人都不可能在传输介质上接上自己的窃密线或“窃听”，第二种方法是加密重要数据，密码学应运而生。
伴随着加密，解密也在快速发展，加密和解密就在相爱相杀中不断发展，从理论上来说，只要是有加密的过程，那么就对应着解密的方法，再复杂的密钥也有自身的规律。
按照最简单的加密方法，举个例子，我如果发给你一个单词：BQQMF，看不懂对不对？
因为我加密了。
如果我告诉你加密方式，你就可以解密了，我的加密方式是，将每一个字母在字母表上后移一位，得到新的加密字符。
那么，你只需要将BQQMF分别前移一位，就可以得到原文了，比如B的原文，应该是A，Q的原文是P，M的原文是L，F的原文是E，那么我的原文就是APPLE。
这是最简单的一类加密方式，还有各种方式的复杂加密算法，我们不再赘述，有加密就有解密，为了破解密码，人类发明了计算机，没错，人类发明计算机，最初的作用就是为了解密，比如英国的“Colossus”，就是专用于破译恩格玛密码机的。
随着计算机的发展，目前破译密码的难度逐步降低，信息安全面临巨大挑战。
好在，量子物理的发展，为安全通信指明了新的发展方向。
什么是量子？
首先要明确一点，量子不是中子、原子、电子同类的粒子，量子其实是微观世界的一种行为倾向，属于物质能量的不连续变化。比如我们说的光量子，就是光能变化的最小单位。
在上个世纪，物理学家普朗克最早猜测到微观粒子的能量可能是不连续的。
但要坚持这个观点，就意味着背叛经典物理学。
保守的普朗克最终放弃了这个观点，对于他个人这是一件极为遗憾的事。然而，大量的实验事实迫使物理学界迅速地接受这样的观点，将其发展起来，并结合其他一些公设如“量子态叠加原理”、“概率性测量原理”等，建立了如今的量子物理科学。
量子学的普及得益于两位物理界大佬的世纪论战，这两位大佬分别是爱因斯坦和波尔，两位诺贝尔物理学奖获得者的论战，让量子力学在混沌中明晰起来。
他们来的论战可以划分为三个回合。
第一回合，是发生在1927年10月，地点是在第五届索尔威会议上，会议的议题是电子与光子。
波尔作为正方代表，认为量子力学是一种完备的理论，它的物理假说和数学假设是不能进一步被修改的。
而爱因斯坦作为反方代表，提出量子力学在逻辑上是不能自洽的这一观点。
爱因斯坦认为，在“单缝衍射”理想实验中，从统计和概率的角度，量子力学内在逻辑是矛盾的，而波尔认为，在“单缝衍射”实验中，测量仪器对电子的影响不可避免。
第一回合没有输赢，波尔成功守住了自己的阵地，而爱因斯坦虽然失败了但是没有服输。
时隔三年，在1930年第六届索尔威会议上，主题是物质的磁性，这两位老朋友又掐起了第二回合。
这一次波尔还是作为正方代表，依然坚持量子力学是微观体系的、完备的、最终可描述的，而反方代表爱因斯坦这次承认了量子力学的内在体系自洽性，但是仍然坚持量子力学不是微观体系的、不是完备的、不是最终的描述。
这一次爱因斯坦提出了“光子盒”实验，试图用以驳倒量子力学的“测不准关系”这一核心，而波尔则认为爱因斯坦的论证忽视了一种时间延缓效应。
这次论战的结果依然是波尔获得胜利，但是爱因斯坦虽然在具体物理问题上失败了，但对物理世界的基本观点丝毫未变，嗯，一个倔强的老头。
时隔五年之后，1935年双方在美国《物理学评论》上，展开了第三轮论战。
这一次，反方代表爱因斯坦提出了EPR悖论，试图论证量子力学对物理实在的描述是不完备的，但是正方代表波尔则指出EPR的描述不确切，坚持认为量子力学是完备的理论。
双方一直谁也不服谁，一直到1955年和1962年相继离世，相对论和量子力学的巨大风暴还在继续，有人认为爱因斯坦对量子力学有偏见，其实他们只是在学术层面论证量子力学的合理性，他们的质疑对量子力学的发展起到了重大的推进作用。
量子技术的发展，已经成为了一种新兴的、快速发展的技术领域，比如量子计算、量子成像、量子测度学、量子生物学都已经成为主流方向。
那么，量子力学有什么神奇之处，可以撼动通信呢？
这里就不得不提到量子纠缠了。
量子纠缠是另一种违反经典世界常识的量子现象。
量子力学预言说，可以制备一种两粒子共同的量子态，其中每个粒子状态之间的关联关系不能被经典的解释；这称为量子关联，这样的态称为两粒子量子纠缠态。
爱因斯坦的“相对论”指出：相互作用的传播速度是有限的，不大于光速。
可是，如果将处于纠缠态中的两个粒子分开很远，当我们完成对一个粒子的状态进行测量时，任何相互作用都来不及传递到另一个粒子上。按道理讲，另一个粒子因为没有受到扰动，这时状态不应该改变。但是这时另一个粒子的状态受到关联关系的制约，已经发生了变化。
这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。它似乎违反了爱因斯坦的“定域因果论”，因此量子纠缠态的关联被称为非定域的量子关联。
量子纠缠指的就是两个或多个量子系统之间的非定域的量子关联。量子纠缠的非定域、非经典性已由大量的实验结果所证实。
科学家认为，这是一种“神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。
实际上，科学家们发现量子纠缠还有很多奇妙的应用，可以在许多领域中突破传统技术的极限。
比如说我们把两个相隔万里的骰子制作成纠缠态，那么如果你将其中一个骰子掷出6点，那么，相隔万里之外的另一颗骰子必然也是6点。
这就是量子纠缠。
那么，量子通信又是什么呢？
物理上，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。
量子通信是量子信息学的一个重要分支，是量子信息中研究较早的领域。量子通信具有绝对保密、通信容量大、传输速度快等优点，可以完成经典通信所不能完成的特殊任务。量子通信可以用来构建无法破译的密钥系统，因此量子通信成为当今世界关注的科技前沿。量子通信是以量子态作为信息元实现对信息的有效传送。它是继电话和光通信之后通信史上的又一次革命。
量子通信的基本思想主要包括两部分：一为量子密钥分配，二为量子态隐形传输。
量子态隐形传输一直是学术界和公众的关注焦点。其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；而量子通道是指可以保持量子态的量子特性的传输通道。
比如说，保偏光纤对于光子的量子偏振态而言就是一种量子通道。但在量子态隐形传输态中，量子通道的角色是由双方共享的量子纠缠态所担任的。接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。
当隐形传输的量子态是一个纠缠态的一部分时，隐形传输就变成了量子纠缠交换。利用纠缠交换，可以将两个原本毫无联系的粒子纠缠起来，在它们之间建立量子关联。
隐形传态和纠缠交换可以把物体的量子信息在瞬间精确无误地传送到遥远的地方，这看起来很像科幻电影中的瞬时传送，或者电子游戏中的传送门之类的神奇功能。当然，在我们能够把生命完全分解成量子信息和经典信息，并建立足够多的纠缠资源之前，传送门还只是个美好的幻想。不过，隐形传态和纠缠交换并不仅仅是一个用来憧憬美好幻想的奇妙现象，利用它们可以实现超远距离的量子密钥分配，为全球范围的通信加上一把安全的“量子锁”。
量子密钥分配不是用于传送保密内容，而是在于建立和传输密码本，即在保密通信双方分配密钥，俗称量子密码通信。
1984年，美国的Bennett和加拿大的Brassart提出著名的BB84协议，即用量子比特作为信息载体，利用光的偏振特性对量子态进行编码，实现对密钥的产生和安全分配。BB84协议被证明是迄今为止无人攻破的安全密钥分配方式，量子测不准原理和量子不可克隆原理，保证了它的无条件安全性。
通过量子密钥分配可以对安全的通信密码加以建立，在一次一次的加密方式下，点对点方式的安全经典通信便得以实现。量子通信的安全性保障了密钥的安全性，从而保证加密后的信息是安全的。量子密钥分配还有一个好处——不需要大面积地改造现有的通信设备和线路。量子密钥分配突破了传统加密方法的束缚，以不可复制的量子状态作为密钥，具有理论上的“无条件安全性”。
任何截获或测试量子密钥的操作，都会改变量子状态。这样，截获者得到的只是无意义的信息，而信息的合法接收者也可以从量子态的改变，知道密钥曾被截取过。最重要的是，与经典的公钥密码体系不同，即使实用的量子计算机出现甚至得到普及，量子密钥分配仍是安全的。
目前量子通信已经经过了实践确认。
2005年，潘建伟研究组在国际上首次在相距13公里的两个地面目标之间实现了自由空间中的纠缠分发和量子通信实验，明确表明光量子信号可以穿透等效厚度约10公里的大气层实现地面站和卫星之间自由空间保密量子通信。
2007年，该小组在长城实现了16公里水平高损耗大气信道的量子隐形传态，这是国际第一个远距离自由空间隐形传态实验，实现了四个Bell态的完全测量和主动幺正变换。这一实验和基于卫星平台的量子通信实验研究一起，为真正实现地面与卫星间的量子通信实验积累相关技术经验。
2008年，该小组在上海天文台对高度为400公里的低轨卫星进行了星地量子信道传输特性试验，验证了星地量子信道的传输特性，首次完成星地单光子发射和接收实验。
2012年，该小组在国际上首次成功实现了自由空间的百公里量子隐形传态和量子纠缠分发，证明了卫星与地面站间进行量子通信的可行性。
2013年，以该小组为主导的团队，在国际上首次成功实现星地量子密钥分发的全方位地面验证，为我国发射量子科学实验卫星，实现全球化量子网络，奠定坚实的技术基础。
在欧洲，奥地利Zeilinger教授领导的欧洲联合研究组受欧洲空间局支持，于2007年实现了相距144公里的两个岛屿之间的单光子传输和密钥分发。欧洲空间局计划在此基础上继续加大力度，支持国际空间站和地面光学站之间的量子物理和量子信息研究。
利用卫星建立超远距离（空间大尺度）的量子信道的方案：当卫星通过地面站上空的时候，利用装载在地面站和卫星上的高精度的捕获和跟瞄系统实现双方的相互对准和跟踪，建立量子信道并完成相应的空间量子实验。主要的困难有：一是如何维持卫星与地面站之间稳定的光学耦合效率，这就需要高精度的动态跟踪系统和大口径的望远镜系统。二是如何延长卫星的跟踪时间和有效实验时间，这就涉及到合适的卫星选轨和地面站选址。三是如何克服恶劣的天气状况等。
目前对于量子中继器的研究也进入了白热化阶段。
量子中继器的核心在于量子存储，一直以来都是重大的挑战。
没有量子存储器，实现量子通信的成本将随通道长度指数增加。2001年，结合线性光学和原子系统，段路明等提出实现量子中继器实现方案（DLCZ方案），但是该方案难以在现实通信环境中实现。
为了克服相关的缺陷，2006年，潘建伟小组提出了一种容错的量子中继器方案（哈佛大学的Lukin小组也独立地提出了类似的理论方案），给出了一个原始的量子中继器物理实现方法。基于这些方案，国际上有多个实验小组先后开展了原子系综相关的实验研究，如哈佛大学的Lukin小组、CIT的Kimble小组、乔治亚理工学院的Kuzmich小组、中国科学技术大学和德国海德堡大学的潘建伟联合小组。这方面的研究已取得了一系列激动人心的进展，包括实现了可控的单光子源、单光子的读出和异地存储、光子－原子系统纠缠等。
2008年，潘建伟小组取得了突破性进展，通过纠缠交换实现了由300米光纤相连的两团冷原子气体的量子纠缠，完美地构建了量子中继器的一个基本节点，向远距离量子通信迈出了重要的一步。
2009年，该研究组又将量子存储的时间提高到毫秒量级，这是目前国际上时间最长的量子存储，较之前最好的结果提高了两个量级。
2010年，Kuzmich小组实现存储寿命达到100毫秒，此为目前最长的读存储寿命，但读出效率很低，只有20%。
2012年，潘建伟小组通过一系列技术难题的攻克，成功实现了3.2毫秒的长存储寿命及高达73%的读出效率，该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果。
量子中继器向实用化发展还需要在保持高度出效率时，进一步提高存储寿命一到两个数量级，同时还需要大幅度提高系统的集成化程度。
量子通信技术的实用化，要求如同现在的经典通信一样，在一定的范围构建通信网络，满足大量用户的通信需求。基于成熟的光纤量子通信技术，目前已经可以建造简单的量子通信网络。国内外已经建设了为数甚多的量子通信技术验证网络。
美国BBN公司、哈佛大学和波士顿大学于2002年开始联合建造DARPA网络。根据2005年公布的信息，该网络实际实现的最好技术指标是在BBN至Harvard这条长10.2km的线路上达到了大约1kbps的安全成码率，误码率在3%左右。
由于量子通信技术的巨大优势，国际上重要的西方国家，特别是欧盟、美国和日本均投入了大量的人力、物力进行量子通信的理论和实验研究。
在欧洲，欧盟在其《欧洲研究与发展框架计划》（第七框架计划中，信息与通信技术方面的总投资达91亿欧元之多）内专门提出了用于发展量子信息技术的《欧洲量子科学技术》计划（ERA-Pilot QIST）以及接下来的《欧洲量子信息处理与通信》计划（QUROPE-QIPC in Europe）。
该计划调查欧洲量子信息科技研究现状，探寻和组织各研究组之间的合作，制定欧洲的量子信息战略目标，为国家级或欧洲级的投资机构在研究和投资政策方面提供建议，倡导成立优秀的、地区性或主题性的卓越中心，并以此促进欧洲量子信息科技的发展，保证欧洲在这个领域的领先地位。该计划在2008年2月发布了《量子信息处理与通信战略报告（1.5版）》（Strategic Report，QIPC），提出了未来5到10年中量子信息处理与通信的明确科研目标。
另一方面，欧盟还成立了包括英国、法国、德国、意大利、奥地利和西班牙等国在内的“基于密码的安全通信（SECOQC）”工程，集中了欧洲最优秀的40个量子信息研究组。该工程的宏伟目标是利用量子密钥分发来设计和建造实用化的绝对安全量子通信基础设施，并发展相关的技术。SECOQC在2007年1月发布了关于量子密钥分发和密码的白皮书（SECOQC White Paper on Quantum Key Distribution and Cryptography）；在2008年9月发布了关于量子密码的商业白皮书（SECOQC Business White Paper, Quantum Cryptography: An Innovation in the Domain of Secure Information Transmission）。
在美国，布什政府在《保持国家竞争力》计划中把“量子信息”列为重点支持的研究课题。NIST（美国国家标准技术研究院）、Los Alamos 实验室、Bell实验室等机构相继进行了一系列量子信息和量子通信方面的实验。在美国国防高级研究计划署（DARPA）的项目支持下，2002年，BBN公司（具有很强的军方特色）技术部联合波斯顿大学与哈佛大学共同开展了量子保密通信与互联网结合的五年试验计划。该计划主要内容是以 BBN技术部、波斯顿大学和哈佛大学等为节点，构建融合现行光纤通信网、互联网和量子光通信的量子互联网，并在此基础上实现保密通信。
在日本，日本总务省量子信息和通信研究促进会提出以新一代量子信息通信技术为对象的长期研究战略，计划在2020年至2030年间建成利用量子加密技术的绝对安全和高速的量子信息通信网。日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目，以10年的中长期目标进行研究。日本国家情报通信研究机构（NICT）也启动了一个长期支持计划，该计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。
量子密码潜在的商业价值也吸引了大量的资本投入，其产业化时代已经来临。现今出售量子密码相关产品的公司主要有：瑞士的IdQuantique，美国的MagiQ Technologies、Qubitekk（前身为GridCOM Technologies）、，法国的Smart Quantum和澳大利亚的Lagnon Quintessence Labs.。
此外，一些世界著名的公司也对量子信息技术投入了大量研发资本，介入了量子通信的产业化开发。最主要的公司包括：美国电话电报公司（AT&T），Bell实验室，IBM，Hewlett-Packard，Philips，Hitachi，NEC，NTT，Toshiba，Thals（法国），France Telecom（法国），Pirelli（意大利）等。
量子密码潜在的商业价值也吸引了大量的资本投入，其产业化时代已经来临。现今出售量子密码相关产品的公司主要有：瑞士的IdQuantique，美国的MagiQ Technologies、Qubitekk（前身为GridCOM Technologies），法国的Smart Quantum和澳大利亚的Lagnon Quintessence Labs.。
此外，一些世界著名的公司也对量子信息技术投入了大量研发资本，介入了量子通信的产业化开发。最主要的公司包括：美国电话电报公司（AT&T），Bell实验室，IBM，Hewlett-Packard，Philips，Hitachi，NEC，NTT，Toshiba，Thals（法国），France Telecom（法国），Pirelli（意大利）等12个公司。
从2008年开始，由欧盟认证的标准制定机构——欧洲电信标准研究院（ETSI）牵头已开始量子通信产业的技术标准化工作，前面提到这些国际电子工业巨型集团和各国电信集团以及较早开展量子通信技术研究的研究所或大学，都从一开始就介入了量子通信技术的标准化进程。
ETSI断言：“量子通信具有极大的潜力成为保障未来信息社会通信机密性和隐私的关键技术，从而成为电子政务、电子商务、电子医疗、生物特征传输和智能传输系统等等电子服务的驱动器”。我国量子通信技术标准的研究制定工作已经启动，由山东信息通信技术研究院牵头，山东量子科学技术研究院有限公司与山东省标准化研究院讨论并初步形成了《量子通信产业标准体系框架图》，内容涉及元器件标准、信道与接口标准、产品标准、行业应用标准等9个方面。
未来，量子通信将远远不只是一种全新的加密通信手段，它将是新一代信息网络安全解决方案的关键技术，将成为越来越普遍的电子服务的安全基石，成为保障未来信息社会可信行为的重要基础之一。
我国量子通信产业化的进程受到党和国家领导人的重视和关注，得到地方政府的推动和社会各界的支持，正在飞速发展。
2012年，中国科学技术大学牵头，联合南京大学、国防科技大学、中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院半导体研究所等单位共同成立了“量子信息与量子科技前沿协同创新中心”，开展全面深入的量子科学前沿和量子信息技术前沿研究。
2014年1月，中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心成立，这是中国科学院首批启动实施的5个卓越创新中心中第一个揭牌的中心。中心主任由潘建伟院士担任，以中国科学院在量子信息与量子科技前沿领域已取得的领先优势为基础，着力于突破推动量子科技革命的前沿科学问题和战略性高技术问题。
2009年5月，以中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室量子物理和量子信息研究部的技术力量为基础，安徽量子通信技术有限公司成立，以推动量子通信技术的成果转化。
2010年3月，山东省政府和中国科学技术大学签署科技成果转化合作协议，在济南成立山东量子科学技术研究院有限公司，将量子通信技术引进山东开展应用研究。
2011年5月，在中国科学院的规划下，在山东省政府的大力支持下，中国科学院量子技术与应用研究中心在济南成立。同时，济南市设立正局级事业单位—济南量子技术研究院，作为中国科学院量子技术与应用研究中心在山东开展工作的日常办事机构。中国科学院量子技术与应用研究中心依托中国科学院在前沿科技研究上的集群优势，并结合山东省在促进科技型战略新兴产业方面的规划，对包括量子通信在内的量子技术应用研究方向进行引导，加快量子技术领域的成果转化，进而推动新兴高科技产业的形成和发展。
2012年9月，为把握量子通信实用化技术的发展方向，山东省政府批准建立山东省量子科学技术院士工作站，指导量子通信技术团队进行科技创新和技术攻关。在“十二五”期间，山东信息通信技术研究院委托山东量子科学技术研究院有限公司建成了量子通信研发平台（一期），主要面向量子通信元器件、设备研发测试及技术服务。
2013年5月，建成的周期极化铌酸锂波导研制子平台是世界上三个逆向质子交换铌酸锂波导研发机构之一，主要为量子通信系统研制国际领先的核心关键器件，以打破国外对我国的技术封锁。
未来几年，相信在中央、地方政府及相关部门的大力支持下，通过量子通信技术成果转化团队的不懈努力，我国的量子通信产业必将取得飞速发展，并在世界量子通信产业版图上占据重要位置。
2016年，中国墨子号量子科学实验卫星发射升空，这标志着我国量子通信的研究更进一步。
如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。
2017年1月18日，中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。
从通信体验的角度来说，量子通信可能不能实现更快或者更好，但是量子通信可以解决通信更安全这一目标，因此，对民众来说，量子通信可能并不重要，但是对于国家发展来讲，量子通信至关重要！
很庆幸，在这一领域，中国遥遥领先！
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