从量子通信到量子计算、量子成像、量子力学……量子技术已经成为一个新兴的、快速发展的技术领域。近日，“量子通信”再度刷屏！我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，成功实现了100公里的量子直接通信，这也是目前世界最长的量子直接通信距离。

什么是量子通信？量子通信可能给我们的生活带来哪些改变？记者为此采访了南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院盛宇波教授。

量子态载体编码 让窃听者无计可施

量子是现代物理学中的一个重要概念。“量子通信根据任务的不同，有着多种模式。比如量子密钥分发、量子安全直接通信（简称量子直接通信）、量子秘密共享。这三种模式是以保护信息、信号安全为目的的，所以又称量子保密通信。”盛宇波介绍。

其中，量子密钥分发是最早的量子通信技术，早在20世纪80年代就已被提出，指利用量子力学的基本原理，通信双方协商随机密码，之后利用共享的密码加密成密文后，通信双方使用传统意义上的通信，就可以实现安全的信息传递。

“量子直接通信则是以量子态作为载体直接编码和传输信息，改变了传统保密通信的双信道结构；将噪声信道下的可靠通信发展为噪声和窃听信道下的可靠和安全通信；不仅能够感知窃听，还能够阻止窃听。该理论是2000年由清华大学龙桂鲁教授团队提出的。”盛宇波告诉记者。

量子直接通信如何感知并阻止窃听呢？盛宇波解释，量子态与常规物理量不同，不能被复制，每被测量就可能变化，导致测量结果不尽相同。若有人窃听，就会造成误码率显著上升，从而被发现。“可以这样理解，如果想传递一句话时，我们可以把这句话中的每一个字放入一个盒子里。当信息接收者按顺序收到这一个个盒子之后，分别打开盒子，就可以获知完整的一句话。但是，就目前我们已知的通信手段，如果有窃听者想获取信息时，可以通过取出盒子看一眼盒子内的字再放回去而做到‘神不知鬼不觉’，甚至可以制造一个同样的盒子来替换信息。这时，信息的接收方不会知道信息已被窃取甚至被替换。而当使用量子直接通信时，这个承载信息的盒子有特殊性质，窃听者无法复制这些量子盒子，而且只要有人去偷看，就会改变形态，破坏量子盒子，这样窃听者既得不到信息，也会被发现。”

正因为如此，量子通信被看作目前为止最为安全的信息传输手段之一，其广阔的发展前景也被业界专家看好。2021年，由50位国际通信专家联名撰写的《6G研究白皮书》中指出：“量子安全直接通信是高安全性量子通信协议，在下一代安全通信方面将展现巨大的潜力。”

“此次我国科研团队创造的世界量子直接通信最远纪录，将有助于实现无中继条件下部分城际间的量子直接通信。”在盛宇波看来，“这是一个里程碑式的工作，也是量子直接通信迈向实用化的关键一步。”

量子直接通信 何时走进百姓生活

信息安全事关国计民生的重大战略领域，日益成为世界各国安全战略关注的重点。目前，我国在量子通信研究的水平整体上国际领先，国内多所高校和科研院所都在量子通信领域做出了突出的科研成果。

2016年，山西大学和清华大学团队合作，完成基于单光子的量子直接通信原理演示。2017年，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次实现千公里星地双向量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态，“天宫二号”成功实现了基于小型化终端的星地量子密钥分发。同年，中国科技大学、南京邮电大学和清华大学的团队，完成了基于纠缠的量子直接通信演示实验。2020年，北京量子科学研究院和清华大学联合团队发布了世界首款实用化量子直接通信样机，实现了18公里量子直接通信。2021年，盛宇波教授课题组与中科大郭光灿院士团队合作，在量子通信的噪声处理方面提出了高效远距离的量子纠缠纯化，对用于量子通信的受噪声的量子纠缠可以高效提纯，纯化效率比此前国际最高水平提升了6000多倍……

量子通信的发展目标是构建全球范围的广域量子通信网络体系。那么，普通人何时可以通过量子直接通信传递信息呢？

盛宇波表示，量子通信从实验室中走向真实应用，仍需在技术和工程方面的进一步发展，将是一个相当长的过程。就目前而言，量子通信的通信速率并不高，甚至远达不到目前已相对成熟的5G通信速率。“不过我相信，当未来科学技术发展到更高水平时，或许量子通信可以与6G网络甚至更新一代的网络相结合，人们可以实现既快速又安全的信息传输，最终实现星际量子通信。但是有一点要说明，量子通信不是超光速通信，任何通信速度都不可能超光速。”

值得期待的是，数字经济时代，包括量子通信在内的量子信息技术的实用化日渐被重视。我省已前瞻布局量子信息产业。在《江苏省“十四五”数字经济发展规划》中指出，“十四五”期间，江苏将继续加快关键核心数字技术攻关，超前部署包括量子科技在内的前沿技术研发，加强量子通信等前沿领域的数字人才队伍建设。不远的将来，长三角量子科技产业创新中心将落户苏州。