量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二
量子通信十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。
基本简介编辑本段回目录
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的
量子通信一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。
1993年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传态的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。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；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。
在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子力学是非定域的理论，这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实，因此，量子力学展现出许多反直观的效应。在量子力学中能够以这样的方式制备两个粒子态，在它们之间的关联不能被经典地解释，这样的态称为纠缠态，量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。
1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。最近，潘建伟及其合作者在如何提纯高品质的量子纠缠态的研究中又取得了新突破。为了进行远距离的量子态隐形传输，往往需要事先让相距遥远的两地共同拥有最大量子纠缠态。但是，由于存在各种不可避免的环境噪声，量子纠缠态的品质会随着传送距离的增加而变得越来越差。因此，如何提纯高品质的量子纠缠态是目前量子通信研究中的重要课题。
国际上许多研究小组都在对这一课题进行研究，并提出了一系列量子纠缠态纯化的理论方案，但是没有一个是能用现有技术实现的。最近潘建伟等人发现了利用现有技术在实验上是可行的量子纠缠态纯化的理论方案，原则上解决了目前在远距离量子通信中的根本问题。这项研究成果受到国际科学界的高度评价，被称为“远距离量子通信研究的一个飞跃”。
研究突破编辑本段回目录
据《新科学家》杂志等媒体综合报道，一支意大利和奥地利科学家小组宣布，他们首次识别出从地球上空1500公里处的人造卫星上反弹回地球的单批光子，实现了太空绝密传输量子信息的重大突破。这一突破标明在太空和地球之间可以构建安全的量子通道来传输信息，用于全球通信。此研究成果即将发表在《新物理学杂志》（New Journal of Physics）上。
量子通信实验室意大利帕多瓦大学的保罗·维罗来斯和恺莎尔·巴伯利领导此研究小组，成功地利用意大利名为马泰拉（Matera）激光测距天文台的1.5米望远镜向地球上空1500公里处的日本阿吉沙（Ajisai）人造卫星发射出光子并让此卫星将这些光子反弹回到了原始出发地。这标志着无法偷听的量子编码通信可望通过人造卫星来实现。此消息将会大受全球通信公司和银行的欢迎。
2007年6月，一个由奥地利、英国、德国研究人员组成的小组在量子通信研究中通过创下了通信距离达144公里的最远纪录。而要达到更远的距离很难，因为大气容易干扰光子脆弱的量子状态。而巴伯利小组想出了解决办法，通过人造卫星来发送光子。由于大气随高度的增加而日趋稀薄，在卫星上旅行数千公里只相当于在地面上旅行8公里。
为证实地面能观测到从轨道卫星上发送回来的光子，此研究小组从意大利马泰拉（Matera）激光测距天文台的望远镜向阿吉沙（Ajisai）人造卫星发射出一束普通的激光。阿吉沙（Ajisai）人造卫星由318面镜片组成，从精确的镜片上反弹回来的单批光子成功地回到了此天文台。
参与此项研究的奥地利维也纳的量子光学和量子信息研究所著名量子物理学家安顿·宰林格（Anton Zeilinger）认为太空至地球的量子通信是一项可行技术。宰林格正在打造一个人造卫星，用于产生纠缠光子，接收信息并对信息编码，之后再将编码的信息反射回来，以建立全球量子通信网络。
量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理。量子信息学告诉人们，在微观世界里，不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象叫量子纠缠，这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。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。
量子通信是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科，与目前成熟的通信技术相比，量子通信具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个。日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。
中国研究编辑本段回目录
中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室的潘建伟教授及其同事，利用冷原子量子存储技术在国际上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换，建立了由300米光纤连接的两个冷原子系综之间的量子纠缠。这种冷原子系综之间的量子纠缠可以被读出并转化为光子纠缠以进行进一步的传输和量子操作。该实验成果完美地实现了长程量子通信中亟需的“量子中继器”，向未来广域量子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。
类比于传统的电子通信中为了补偿电信号衰减而进行整形和放大的电子中继器，奥地利科学家在理论上提出，可以通过量子存储技术和量子纠缠交换和纯化技术的结合来实现量子中继器，从而最终实现大规模的长程量子通信。量子存储的实验实现却一直存在着很大的困难。为了解决量子存储问题，国际上人们做了大量的研究工作。比如段路明及其奥地利、美国的合作者就曾于2001年提出了基于原子系综的另一类量子中继器方案。由于这一方案具有易于实验实现的优点，受到了学术界的广泛重视。然而，随后的研究表明，由于这一类量子中继器方案存在着诸如纠缠态对信道长度抖动过于敏感、误码率随信道长度增长过快等严重问题，无法被用于实际的长程量子通信中。
为了解决上述困难，潘建伟、陈增兵和赵博等在理论上提出了具有存储功能、并且对信道长度抖动不敏感、误码率低的高效率量子中继器方案。同时，潘建伟研究小组与德国、奥地利的科学家经过多年的合作研究，在逐步实现了光子—原子纠缠、光子比特到原子比特的量子隐形传态等重要阶段性成果的基础上，最终实验实现了完整的量子中继器基本单元。由于量子中继器实验实现在量子信息研究中的重要意义。
发展史编辑本段回目录
1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。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；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。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。 1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。
以实验驳倒爱因斯坦编辑本段回目录
在2008年8月14日出版的最新一期《自然》杂志上，瑞士的5位科学家公布了他们的这项最新研究成果。瑞士科学家表示，原子、电子以及宇宙空间其他所有的微观物质都可能会表现出异常奇怪的行为，其行为规律可能与我们日常生活中传统的科学规律完全背道而驰。比如，物体可以同时存在于两个或多个场所；可以同时以相反的方向旋转。这种现象也许只有通过量子物理学来解释。量子物理学认为，任何事物之间都可能存着某种特定的联系。发生于某一物体之上的事件，可能同时对其他物体也会产生影响。这种现象称为“量子纠缠”。不管物体之间的距离有多远，同样存在“量子纠缠”的关系。
爱因斯坦坚决反对“量子纠缠”理论，甚至将其戏称为“遥远的鬼魅行为”。根据量子力学理论的描述，两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态。几十年来，物理学家试图验证这种神奇特性是否真实，以及决定它的幕后原因。其实，我们可以运用形象化的说明来解释这种现象。被纠缠的物体释放出某种不明粒子或其他形式的高速信号，从而对其伙伴产生影响。此前，已有实验证实传统物理学领域中某种隐藏信号的存在，从而打消了人们对于这种隐藏信号的种种疑问。但是，仍然有一个奇怪的可能性没有得到证实，即这种未知信号的传输速率可能会比光速还要高。
为了证实这种可能性，瑞士科学家开始着手对一对相互纠缠的光子进行实验研究。首先，研究人员们将光子对拆散；然后，通过由瑞士电信公司提供的光纤向两个村庄接收站进行传送，接收站之间相距大约18公里。沿途光子会经过特殊设计的探测器，因此研究人员能够随时确定它们从出发到终点的“颜色”。最终，接收站证实每对相互纠缠的光子被分开传送到接收站后，两者之间仍然存在纠缠关系。通过对其中一个光子的分析，科学家可以预测另一光子的特征。在实验中，任何隐藏信号从此接收站传送到彼接收站，仅仅需要一百万兆分之一秒。这一传输速率保证了接收站能够准确地检测到光子。由此可以推测任何未知信号的传输速率至少是光速的10000倍。
而爱因斯坦不仅不接受“量子纠缠”的思想，并且还坚持认为不可能存在比光速还要快的信号，任何比光速快的“鬼魅似的远距作用”都是不可思议的。根据1905年出版的爱因斯坦的相对论，他认为没有物体的运动速度能够超过光速。爱因斯坦解释说，光速属于自然界的一个基本常数：对于空间内所有的观察者来说，光速都是一样的。同样是爱因斯坦的相对论解释说，当物体加速时，物体本身的质量增加，而加速需要能量。随着物体质量的增加，维持速度所需的能量也更多。当物体以接近光速运行时，爱因斯坦经过计算说，它的质量将达到无限大，所以要使得物体继续运行的能量也要无限大，而要超过这一极限是不可能的。 而科学家们从实验中得到的结论，既可以反驳爱因斯坦的“错误”观点，也可以用来解释同一事物同时出现在不同地点这一奇异现象。爱因斯坦都无法解释的奇怪行为，正是量子物理学和量子通信的魅力之处。
科学家预计10年内有望实现全球化量子通信编辑本段回目录
我国科学家在量子通信研究上再次创造世界纪录：由中国科学技术大学和清华大学组成的联合小组，成功实现了16公里的量子态隐形传输，这一距离是目前世界最 远距离的20多倍。
6月1日出版的英国《自然—光子学》杂志，以封面文章发表了这一成果，并给予高度评价。联合小组成员彭承志教授6日下午在接受记者电话采访时说，该实验首 次证实了在自由空间进行远距离量子态隐形传输的可行性，向全球化量子通信网络的最终实现迈出了重要一步。
彭承志介绍说，量子是对原子、电子、光子等物质基本单元的统称。在量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象，即通常所说的“量子纠缠”。“打个比方说，甲乙两人身处两地，分别拿一个具有纠缠关系的光子，甲对这个光子进行某种操作，它会发生一些变化，这时乙手中的光子也会发生同样的变化。”彭承志说，量子态隐形传输就是指利用量子纠缠技术，借助卫星网络、光纤网络等经典信道，传输量子态携带的量子信息。“量子态隐形传输很像科幻小说中描绘的‘超时空穿越’：外星人在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地瞬间出现。量子态隐形传输是未来量子通信网络的核心要素。与传统的通信方式相比，量子通信具有绝对安全性和超高信道容量等明显优势。”
据介绍，量子态隐形传输向人类展示了未来通信的美好前景，一直备受国际科学界的关注。1997年，奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证；2004年，该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功地将量子态隐形传输距离提高到600米。但由于光纤信道中的损耗和环境干扰，量子态隐形传输的距离难以大幅度提高。
2004年，中国科大潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间实现更远距离的量子通信。在自由空间，环境对光量子态的干扰效应极小，而光子一旦穿透大气层进入外层空间，其损耗更是接近于零，这使得自由空间信道比光纤信道在远距离传输方面更具优势。
2005年，该小组在合肥创造了13公里的自由空间双向量子纠缠分发的世界纪录，同时验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。
从2007年开始，中国科大—清华大学联合研究小组在北京八达岭与河北怀来之间架设了长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传输。这证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性，为未来基于卫星中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。
据彭承志介绍，今后他们将在此前研究的基础上，朝两个方向努力：一是借助空间站、卫星等空间平台，实现全球通信网络；二是通过光纤网络，实现同城用户的通信。“根据目前的进展，我们预计今后10年内实现全球化量子通信。”彭承志说。 （记者赵永新）@《人民日报》
我国量子通信实现重大突破 外媒：扫除一大绊脚石编辑本段回目录
中广网合肥8月31日消息（记者刘军 通讯员杨保国）记者今天从中国科学技术大学获悉，该校合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授及其同事苑震生、陈宇翱等，利用冷原子量子存储技术，完美地实现了远距离量子通信中亟需的“量子中继器”，向未来广域量子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。8月28日出版的国际著名科学期刊《自然》以“量子中继器实验实现”为题，发表了这项重要研究成果。
据了解，中科大合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟小组的这项实验，在国际上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换，建立了由300米光纤连接的两个冷原子系综之间的量子纠缠，这种冷原子系综之间的量子纠缠可以被读出并转化为光子纠缠，并能进行进一步的传输和量子操作。
目前，高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于具有高效率和绝对安全等特点，量子通信因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。然而，作为量子通信的基本资源，脆弱的纠缠光子极易被信道吸收，造成信号随通信距离指数衰减、误码率提高进而导致通信失败。因此，目前量子通信的距离被限制在100公里的量级。类比于传统通信中为了补偿信号衰减而建立的中继器，奥地利科学家在理论上提出，可以通过量子存储技术与量子纠缠交换和纯化技术的结合来实现量子中继器，从而最终实现大规模的远距离量子通信。
据悉，潘建伟及其奥地利的同事分别在1998年和2003年在实验上实现了纠缠交换和纠缠纯化，但是量子存储的实验实现却一直存在着很大的困难。为了解决这一问题，一些科学家做了大量的研究工作。例如，该领域的段路明教授及其奥地利、美国的合作者曾于2001年提出了基于原子系综的另一类量子中继器方案，该方案具有易于实验实现的优点，受到了学术界的广泛重视。然而，进一步的研究表明，由于这一类量子中继器方案存在着对于信道长度抖动过于敏感、误码率随距离增加而增长过快等严重问题，无法被用于实际的远距离量子通信中。
为了解决上述困难，潘建伟和他的同事陈增兵、赵博等，于2007年提出了具有存储功能并且对信道长度抖动不敏感、误码率低的高效率量子中继器的理论方案。同时，中国科大潘建伟小组及其德国、奥地利的同事经过多年的合作研究，在逐步实现了光子-原子纠缠、光子比特到原子比特的量子隐形传态等重要阶段性成果的基础上，最终在实验上实现了此类量子中继器。由于量子中继器的实验实现在量子信息研究中的重要意义，《自然》杂志为此专门向有关科学新闻媒体发布了题为“量子推动(Quantum Boost)”的新闻稿，称赞该工作“扫除了量子通信中的一大绊脚石”。
“量子通信传输”实验在中国成功进行编辑本段回目录
近日，中国科学家实现了目前世界上最长距离的“量子通信传输”(teleportation)或者称为“物质瞬间传送技术”技术。来自中国科技大学和清华大学的研究人员在合肥国家实验室完成了他们的自由空间量子通信实验，并且成功地将通信距离延伸到了10英里。在这之前，这项传输距离的最大值仅为几百米。
需要说明的一点是，量子通信与我们从科幻小说中了解到的并不相同，在科幻电影或小说中一个地方的物体或人可以在另一个地方完美的复制出来。在量子通信中， 两个光子或离子形成纠缠态，当一个的量子态发生改变另一个也随之改变，就好象它们仍然连在一起。因而能让量子信息实现远距通信。
曾被爱因 斯坦称作幽灵般的超距离作用(spooky action at a distance)的“量子纠缠”，指的是，在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化 就能立即影响到另外一个粒子，即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态，这就是量子纠缠。
由于量子纠缠的存 在，使得光子、电子甚至是原子之间相互影响相互制约地共同传输。理论上讲，这种纠缠可以使两点之间，不论距离的即时通信顺利完成。在以前的实验中，光子被 限制在数百米长的光纤信道内，以确保它们的状态不发生改变，即便如此，光纤传输的保密性差，易被窃听。如今，中国科学家把纠缠态的高能光子对穿过10英里 长的自由空间通道，量子保密通信技术的物理原理保证了其绝对安全性。这一距离是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离,也是目前国际上没有窃听漏洞量 子密钥分发的最大距离。
研究人员发现，在这个距离上接收端的光子仍能响应留在后方的光子状态变化。远距传输的平均保真度为89%。这项突 破意味着不久的未来量子通信应用将能扩大到全球规模。
该实验由中国科技大学的科学家潘建伟教授主导，实现了目前国际上最远距离的“自由空 间纠缠光子分发”，他和他的同事杨涛、彭承志的研究论文已发表于国际物理学权威期刊《物理评论快报》。该期刊的审稿人对这一成果给予了高度评价，称之为 “一项相当了不起的成就”。
在该实验中，科学家们通过“自由空间纠缠光子的分发”，首次在国际上证明了纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚 度的地面大气后，其纠缠的特性仍然能够保持，并可应用于高效、安全的量子通信。这一研究成果为实现全球化的量子通信奠定了实验基础。
该项实验，为全球范围内量子保密通讯的实现带来希望。
据潘建伟的研究团队介绍，他们正在计划开展更远距离的量子通信实验，下一步的目标是通过 自由空间实现几百公里的量子通信，超越光纤传输的极限。他们希望，有朝一日，人类能够通过通信卫星实现更远距离乃至全球的量子保密通信。
中国在尖端的量子通信技术领域已居世界领先地位编辑本段回目录
主持人：网友们，大家好！欢迎大家光临腾讯嘉宾聊天室，今天我们请来的嘉宾是重量级的来自我们中国科学院的郭光灿院士，郭院士和我们网友打一个招呼。
郭光灿：各位网友，大家好！
主持人：同时还有我们来自《科学时报》的记者王静女士。
王静：大家好！
主持人：今天我们这个访谈是我们和《科学时报》联合一块儿举办的是关于大国硬实力，郭教授是研究量子通信的首席专家，所以我们今天聊一个关于量子通信方面的有关问题，我们先请郭教授讲讲，什么是量子通信技术呢？
郭光灿：量子通信是量子信息技术的一种。什么叫量子信息技术呢？量子信息技术是量子力学和信息科学交叉融合出的一种新技术。这一技术把量子力学推向了社会，走上了一条为人类服务的途径，是现代微电子技术发展所催生的。微电子物理技术有个摩尔定律，即电子计算机的运算速度每18个月翻一番，物理学家在80年代就已发现了这种规律有极限，发展到最后无法翻番了，无法提高其速度了。于是物理学家研究出量子信息技术，也叫后摩尔时代的新技术。它的特点是利用量子力学新的性质开辟新的信息功能，这一功能是现代微电子信息技术无法做到的。由此，量子信息技术成为一种为人类服务的具有更广阔应用前景的新技术。
主持人：郭教授能不能给我们讲一讲量子通信技术的最新研究成果或者最新动态？
郭光灿：量子信息技术包括两方面，一是量子计算机，另一个是量子通信。量子计算机难度比较大，现在还处在基础研究阶段，还不能应用。但是量子保密通信相对容易，经过科学家十几年的努力，现在已经可以应用，很快就可以商品化，可能形成新的量子产业，是新经济的生长点。
量子通信技术安全性高，应用范围广
主持人：郭老师可不可以用一个比较形象的比喻，讲一讲可以在哪些方面应用这些技术？
郭光灿：量子保密通信的应用范围很广。凡需要保密的内容都可以用。根据目前情况看，可以用现在所有用光纤通信的线路，加上一个量子技术，就能实现在光纤网络上的所有传递信息的保密。如，我现在与朋友聊天，用QQ聊天，我不想让别人知道，我们俩说悄悄话，网络技术现在做不到，所有的信息都能被他人获取，但如果加上量子技术，就能够避免窃听。
主持人：是不是说黑客破坏你？
郭光灿：黑客可能会偷听，你挡不住，你也不知道有没有人偷听。如果你不想让人听，就可以用量子保密。而且只需要在现有网络基础上，不需要大动现有设备，加上一些新的设备，就可以使内容实现完全保密。即加上一个量子密钥，把传递的信息内容完全无序化，变得乱糟糟的。如果谁想获取，必须有一个密钥反变换，使其恢复才能解读。这个密钥只有你的朋友有，别人没有，所以你与你的朋友可以保密通信。这就是量子信息技术的一种应用。如果推广一下，这种应用就广泛了。如说银行传送各种单据，现在要派人送，如果在银行内部设置一个保密通信网络，就可以在线路上直接秘密传送。
主持人：这是怎么解释呢？
郭光灿：实际上，这是把一个文本进行加密，变成秘文，让别人看不到。其他人如果看到也是乱糟糟的材料。因为我们已经用量子技术建立了一个完全相同的密钥，只有接受对方能反变换可以把文件读出来。其他人虽然拿到了这个秘文，但他没有密钥，就没有办法反变换看到内容。这是量子密钥的基本性质。
因此，量子技术最大的特点是它的密钥是安全的。目前所用的保密技术也有密钥，但要派人送到对方，也就是让对方与我有相同的密码本。可密码本在传送过程中是不安全的，有可能被人窃取，或者复印。因此，现在的保密通信本质上都不安全。但量子技术能做到绝对安全。这是量子的性质所决定的。
量子信息技术在建立密钥时，不是事先有一个密码本，而是与对方有一个协议。通过这个协议使用量子的性质。所谓量子，就是一个一个光子通过光纤或者是通过自由空间送到对方，每一个光子含有0和1，密钥就是0、1的随机数，把这个随机数传到对方，对方收到随机数即产生一个随机密钥，只是需要时才建立，不需要保存，也就避免了泄漏。
量子计算机具有现在电子计算机所无法比拟的功能
郭光灿：关于量子计算机，最初，在人们讨论电子计算机的微电子摩尔时代后，一定会结束，而取代摩尔时代微电子技术的电子计算模型时，提出了量子计算机的概念。如果量子计算机制造成功，它确实具有现在电子计算机所无法比拟的功能。理论上，它的最大优点是利用量子性质可以做并行处理，就是单个CPU就可以进行并行处理，并行处理的能力随着处理器数目的指数上升，一台量子计算机的功能就可以相当于很多电子计算机的功能的综合，且比它还要快。也就是说，电子计算机解决不了的问题，甚至一些难题，量子计算机能够很快解决。
一个最典型的例子是：一个大数分成两个素数相乘，这是我们现在使用公开密钥的安全性基础，如果这个大数能够分了，现在的公开密钥就可以破了。但大数分成两个素数，这件事情在电子计算机很难实现。因为它的复杂度呈指数上升。什么叫指数上升呢？如果把数的长度拉长了，那么你所操作的次数和花的时间就要指数上升。因此，大数分解在电子计算机理论上是可以求的，但很难。量子计算机如果研制成功了，这样的问题很容易解决。一旦量子计算机研制成功，现在的公开密钥全会被破译。
电子计算机解决不了的问题，量子计算机有能力解决。量子计算机为人类提供了一种新的运算模式，这个模式有很多优点，因此，量子计算机引起了人们的兴趣。
量子密码的发展，导致整个量子计算机学科蓬勃的发展。因为它对人类的社会具有非常意义。量子密码被认为是改变人类未来的新技术，因为安全性得到了保证。这是美国一个杂志评价的。
最近这些年，世界各国都投入了大量研究经费发展量子信息科学，也取得非常重要的成果。具体而言，就是量子密码保密通信技术已到了实际应用的阶段。它的基本原理基本上都得到了解决，我们突破了其中的关键技术。
中国科学家掌握核心量子信息技术，成功实现商业化
主持人：您是什么时候开始接触这门高端学科的？
郭光灿：在量子信息在国内还没有引起大家重视的时候，我们的小组就已进入到这个领域。开始时，我们只能做一些理论研究工作，因为当时没有经费建实验室。
90年代初，我们开展的一些理论研究，这些工作在国际上产生了一定影响。2001年前后，我们国家开始重视这个领域，我开始得到比较强的经费的支持，到目前已建立了一个有一定规模的实验室。我们开始全力以赴突击，所以从2001年现在，不到10年的时间，我们发展了量子密码技术，从实验原理性研究到工程化演示，再到已有年轻人办公司，速度出人意料。其中，最关键的是突破了一些最重要的核心的技术。这些核心技术，我们具有独立自主的知识产权，申请了美国专利，并得到了授权。
主持人：您刚才说，咱们有核心技术，那个核心技术大概是什么？
郭光灿：BB84是绝对安全的，在理论上证明了，在实验室，各个国家开展了实验，也证明是绝对安全的。但是，实验室装置如果应用到光纤网络，遇到了一个困难——不稳定。为什么不稳定呢？单个量子，要调控它，就是要把0和1调到一个相位的一种量子态里，非常困难。各种因素都可能会破坏它的稳定性，常常会变成乱码。
有人也提出，让一个光子朝一个方向走，两边建立密钥。它走完了以后，在一个地方让它回来，这样非常稳定，与BB84是等效的。瑞士科学家就用这种方法在日内瓦湖底商用的光纤上，建立世界上第一个真实的密钥。但后来，人们发现这个方法不安全，如果有窃听的人，用一个光子跟在这个信号光子后面走一圈，再把那个光子收回来，就可以窃取所有信息，他人还不会发现。这种方法虽然稳定，但不安全。
而单向光子是安全的，可不稳定。因此，我们发明了一套新的方案，这个方案能够保证单向光子的稳定性，同时保证安全。于是，我们申请了专利。2005年，我们在北京租用网通公司的光纤，从北京到天津125公里上试用了一下。结果非常满意，我们在北京和天津建立了世界上最长距离的商用密钥。这是第一个关键的技术。
这个技术使量子密码研究从实验室就走向光纤网络。
第二个关键的技术是网络保密。即在光纤网络里，任何两点都能够保密通信，而不仅仅是点对点的保密通信。
光纤能不能做到保密通信必须解决3个问题：光纤上实现任何两点之间的保密通信，这是其一； 任何两个用户保密通信不会互相干扰，是其二；群发保密通信，即一个领导机关给下属同时多点保密通信，这是其三。如果同时实现这3个功能，才可以说保密通信网络实现。
解决这个问题，遇到了一个最根本的困难：路由器问题，
如果来一个信号，路由器可以识别，这个信号需要送给谁它就能送给谁，可是，量子有一个特点，不能识别它，一识别原来的信号就被破坏。因为量子是不可以识别的。这也就是成为一个难题，点对点能做成，网络很难实现。为了解决这个问题，我们发明了“量子路由器”。依靠一种波分复用技术，用波长来做标识，使不同的光子到达不同的地方。这项技术，我们已经获得了美国专利，并解决了网络路由的问题。
2007年，在北京商用光纤里，我们建立了城域网的通信，成功地演示了量子保密通信网络。
两大技术成功后，今年5月份，我们在安徽省芜湖市建立了量子政务网。这个政务网有8个节点，其中，一个节点是芜湖市科技局，一个是招商局，还有市政府下属了几个局。有一个节点专门用来检测，观测是否被窃取。实际上，是7个节点构成了一个政务网。
这个政务网在原来光纤的基础上，加上量子技术就行了。不需要改造全部设施，与现在的光纤网络兼容。实验中，传送政府的红头文件，通过保密的方式发送到下属各局，不仅传送保密文本，还可以保密图像和的视频会议。
主持人：咱们的研究是不是已经在国际上处于领先的地位？
郭光灿：这两个关键技术是我们在国际上首先提出，并具有独立的知识产权，而且证明有效。目前，国际上都在采用我们的技术，比如说稳定性，很多国家的公司和主要的研究机构他们的网站已经改为我们稳定的光路，我们的技术已经得到大家认可了。
明年，在美国阿拉洛斯有个光电技术的国际会议，他们邀请我们做特邀报告，介绍量子政务网。应该说，这个技术，我们是在国际应该是领先的。
主持人：现在量子计的发展有没有遇到什么瓶颈？
郭光灿：量子计算相比于量子保密通信难度更大。因为量子保密通信就需要一个量子比特，一个一个传动就可以了，量子计算机的基本单元叫量子处理器，量子处理器是一个量子系统，需要成千上万的量子比特构成一个量子芯片才可以做成量子计算机，比通信复杂得多。
最主要的瓶颈是量子计算机的硬件，量子芯片还未制造出来。人类还没有学会如何操控微观世界。在经典世界，人类操控能力很强，如可以让卫星车或者是火星车挖矿，并进行分析，还能把分析结果的信号传到地球。这是经典的控制。但是人类对微观世界的这种操控能力还远远不够。所以，人类还要学会操控微观世界，让它按我们的意志行动，这是第一个困难。
第二，量子有一个特殊困难。量子的最大优点就是它的相干性非常好，叫量子相干性，所有的性质都是由量子相干性导出来。包括量子保密通信不可破译，不可窃听等。量子计算机的并行处理能力也是它的量子性所决定的。如果量子性被破坏了，机器的优点也没有了。这个叫消相干，环境一定会消相干。这是一个非常严重的问题。如果你把一个量子计算机做出来了，你怎么把相干性保持住，让它不消相干？
这是人类面临的一个很重要的问题。如何在现实的世界里把一个量子性保住，克服消相干？这是两个难点。
这两个能力人类都还没有做到，所以量子计算机还没有做出来。但现在，科学家非常有信心，认为建造量子计算机所有的原理性的困难都克服了，现在需要的是技术上的突破。我相信，人类很聪明，早晚有一天还可以把量子计算机做出来。
