量子通信到底是什么

宋下木

許多不明就里的人一提起量子通信，就以為是實現了什么超光速通信的顛覆性黑科技，以后要遠距離傳輸個什么數據都可以瞬間完成了。其實這和量子通信的真正意思相去甚遠。

量子通信是加密不是傳輸

量子通信是加密概念，而不是傳輸概念，更不是什么超光速通信。

舉一個簡單的例子來說明。假設你有兩個朋友，一個在廣州，一個在北京，你自己則在中間的上海。你們三個人事先說好，你會隨機給這兩個朋友中的一個人寄一個蘋果，另一個人寄一根香蕉。那么當你的廣州朋友收到蘋果時，他會瞬間知道你給北京朋友送的是香蕉。在你廣州朋友打開盒子看到蘋果的那一個瞬間，確實是以比光速還要快的速度獲得了關于你北京朋友收到了香蕉的這個信息，但這個“信息”并非實際存在的信息，甚至接收到第一個信號還要依靠傳統的郵寄運輸模式。

當然真正的量子通信要遠比兩個水果復雜得多，但本質完全一樣，量子通信從來不是超光速傳遞信息，而是無論采取何種方式都必須依靠經典通信技術參與，所以更無“顛覆”一說。

量子通信區別于經典通信，實質上是量子的“不可破解性”。比如上個例子中的“蘋果”和“香蕉”，可以看成是兩個糾纏起來了的量子，一個人拿到了其中一個，就可以判斷出另一個。但如果不知道“蘋果”和“香蕉”的糾纏關系，哪怕截獲了整個蘋果，也猜不出另一方收到的是什么水果。

在現實應用里當然沒有兩個水果那么簡單，“蘋果”會變成一個無窮復雜的量子，那么能和其對應的“香蕉”，就是另一個無窮復雜的惟一量子，兩個量子就是“糾纏態”，所以量子通信里量子的用途，最終是保密而不是傳輸。

量子通信和量子計算

是兩回事

量子技術在現實應用方面，一直有兩大主要分支，第一是量子通信，第二是量子計算。這兩者聽上去也很容易混淆，但其實代表著完全不同的兩種技術路數。總體來說，中美兩國恰好是選擇了兩個不同的方向。

在量子通信產業化方面，中國無疑領先于美國。

量子通信的商用性主要就體現在數據保密上，比如，網上銀行數據的遠程災備應用、金融機構信息數據的采集應用、金融信息交易應用以及銀行同城數據生產和災備應用等。目前量子通信里面研究的主要進展，就是把一對糾纏態量子之間的距離盡可能拉長。比如，中科大潘建偉院士團隊實現的“多自由度量子隱形傳態”研究，剛剛被評為2015年度國際物理學領域的十項重大突破之首。潘建偉團隊將量子之間的安全距離進一步擴展到了地面200千米以上，這在低耗能的太空意味著2千米的距離，量子通信衛星由此成為可能，下一步就是大規模量子網絡。

但是美國為什么要搞量子計算？這和硅谷這幾年全力投入機器學習和人工智能的風潮有關系。雖然量子計算的應用其實很受限，但和人工智能的核心部分卻異常匹配，可能是未來真正強大的人工智能出現的基礎。

所以，雖然量子通信是當之無愧的信息安全利器，但相比起來，量子計算一旦被攻破，則可能是類似蒸汽機之于工業文明那樣的新一代科技引擎，甚至是人類文明的一大步。

美國目前做量子計算機最有名的是D-Wave公司。谷歌和NASA已經一起對其進行了聯合投資。D-Wave公司出品的超級計算機名為D-Wave2，比目前Intel最快的芯片還要快上11000倍。

但哪怕是D-Wave的量子計算機，也只能算得上是特定用途的量子計算機，還遠遠稱不上是通用量子計算機。