作為現代物理學的兩大基石，量子力學和相對論分別在微觀領域和宏觀大尺度領域取得了輝煌的成功。它們不僅革命性地改變了人們對自然界基本規律的認識，極大地改變了人類的生活方式和社會面貌，更對人類固有的經典世界觀產生了根本性的顛覆。
其中，因為量子物理與信息技術相結合而開拓出的、與經典方式具有本質區別的新興學科——量子信息，更成為了當下人們關注的焦點。
伴隨著量子信息技術逐漸走向實用化，其衍生出的量子通信技術，更被譽為是繼微電子信息之后，最有可能引發軍事、經濟、社會領域又一次重大革命的關鍵技術。
革命性的量子信息
量子，是構成物質的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可分割。量子比特是一個二維的量子系統，它構成量子信息的基本單元，量子信息由量子比特的狀態來表示。
與經典比特具有根本區別的是，量子比特不僅可以處于兩個基本狀態，還可以處于它們的任意迭加態，這就是量子迭加原理。
而當量子迭加原理應用到兩個粒子時，量子理論預言這兩個粒子可以處在一種奇怪的糾纏狀態：不論這兩個粒子分離多遠，它們之間都存在一種神秘的關聯，以致使當對其中一個粒子進行測量并發現它處于某種狀態時，另一個粒子的狀態會瞬時地改變到同樣的狀態。這種神秘的關聯被稱為“量子非定域性”。
隨著光量子調控實驗技術的逐漸成熟和對量子非定域性研究的不斷深入，自上世紀80年代開始，人們發現，量子物理與信息技術相結合，可以開拓與經典方式具有本質區別的全新的信息處理和通信方式。于是，一門新興的學科——量子信息科學就此誕生。
在量子力學中，量子信息是關于量子系統“狀態”所帶有的物理信息。它是通過量子系統的各種相干特性（如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等），進行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。
甫一問世，量子信息科學就迅速成為近年來物理學和信息科學領域最活躍的研究前沿之一。利用量子調控技術，能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，在增大信息傳輸容量、提高運算速度、確保信息安全等方面突破經典信息技術的瓶頸。
因此，量子信息科學拓寬和深化了量子理論在改變人類生活和社會面貌方面的應用，成為未來信息技術的戰略性發展方向，很有可能會推動整個信息產業的技術革命。
量子信息主要包括量子通信和量子計算兩個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態、遠距離量子通信的技術等等；量子計算主要研究量子計算機和適合于量子計算機的量子算法。
而要說到最先走向實用化的量子信息技術，非量子通信莫屬。
絕對安全的量子通信
安全地進行信息傳遞是人類千百年來的夢想之一。但在今日這個信息技術飛速進步的時代，安全通信卻幾乎成為海市蜃樓。
由于經典信息容易被復制，因此保障通信安全的主要方法就是加密信息，使竊取者即使復制了加密后的密文也無法讀取原文。
但是這種方法的安全性在理論上缺乏證明——數學的不斷進步可能使得一些現在看起來無法利用數學方法破解的加密解密算法在未來得以破解，因此這種方法遠不能保證建造“絕對安全”的通信系統，而且在實際應用中也存在著加密和解密效率低下等諸多問題。
更為嚴峻的是，隨著計算科學和技術的發展，人類所擁有的計算能力的提升速度和潛力已遠遠超過了人們最初的想象，經典密碼加密技術對于通信安全的保障能力也顯得遠非人們預先估計的那么可靠了。尤其是上世紀70年代以來，量子計算概念的提出和它的初步實驗演示，更如同在經典密碼安全性上方高懸的“達摩克利斯之劍”，隨時威脅著經典通信系統的安全。
但如今，人們的這些顧慮可能會伴隨著量子通信技術的應用和普及而被永遠“埋葬”。
廣義地說，量子通信是指利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術。量子通信內涵很廣泛，量子隱形傳態、量子保密通信、量子密集編碼等都屬于量子通信領域。
但由于量子保密通信是目前最接近實用化的量子信息技術，也是人類目前掌握的唯一的無條件安全密碼技術，因此，我們日常提到量子通信時常常特指量子保密通信。
在量子通信過程中，發送方和接收方采用單光子的狀態作為信息載體來建立密鑰。通常來說，竊聽者可能用三種方法進行竊聽：
第一種方法是將單光子分割成兩部分，讓其中一部分繼續傳送，而對另一部分進行狀態測量獲取密鑰信息。但由于單光子不可分割，因此這是不可能的。
第二種可能的方法是竊聽者希望截取單光子后，測量其狀態，然后根據測量結果發送一個新光子給接收方。但由于竊聽者不能精確地對光子的狀態進行測量，所以發送給接收方的光子的狀態與其原始狀態會存在偏差。這樣，發送方和接收方可以利用這個偏差來探測到竊聽者對光子的測量擾動，從而檢驗他們之間所建立的密鑰的安全性。
第三種可能的方法是竊聽者截取單光子后，通過復制單光子的狀態來竊取信息。但按照量子不可克隆原理，未知的量子態不可能被精確復制。
因此，無論是現在還是將來，無論破譯者掌握了多么先進的竊聽技術、多強大的破譯能力，只要量子力學規律成立，由量子通信建立起的秘密就無法被破解。
可以說，量子通信系統的問世，重新點燃了建造“絕對安全”通信系統的希望。通向“絕對安全通信”這個千百年來人類夢想大道的入口，在量子物理的指引下，又重新顯露在人們視野之中。
得益于這種“絕對安全”，通過量子通信，人們可以從根本上解決國防、金融、政務、商業等領域的信息安全問題。因此，量子通信被視為是保障未來信息社會通信安全的重要技術基礎。
更進一步來講，量子通信還能實質性地提升國家的信息技術水平和信息產業的核心競爭力，實現國家信息系統建設的跨越式發展，對國家綜合國力的提升、經濟和社會的進步產生深遠的影響。
正因于此，其也成為世界主要發達國家優先發展的科技和產業高地。
大國競賽新高地
1984年，美國IBM公司的Bennett和加拿大蒙特利爾大學的Brassard共同提出了第一個量子密碼通信方案，即著名的BB84方案，這標志著量子通信領域的誕生。
1992年，Bennett提出了簡化的BB84方案（稱為B92方案），并與Bessette合作，第一次在實驗上原理性演示了量子密鑰分發。此后，量子密碼分配開始得到各方的重視。
2006年，中國科學技術大學潘建偉團隊在世界上首次利用誘騙態方案實現了安全距離超過100公里的光纖量子密鑰分發實驗；同時，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室—美國國家標準局聯合實驗組和維也納大學物理學家Anton Zeilinger教授領導的歐洲聯合實驗室也使用誘騙態方案實現了安全距離超過100公里的量子密鑰分發。
可以說，這3個實驗真正打開了量子通信技術應用的大門，量子通信得以從實驗室演示開始走向實用化和產業化。
如今，量子通信的實用化和產業化已經成為包括歐盟、美國、日本和中國在內的各個大國爭相追逐的目標。
歐洲方面，歐盟于2008年發布《量子信息處理與通信戰略報告》；隨后，歐盟啟動量子通信技術標準化研究，并成立“基于量子密碼的安全通信”工程。
美國同樣不甘落后。美國國防部支持的“高級研究與發展活動”計劃將量子通信應用拓展到衛星通信、城域以及長距離光纖網絡；美國國家航空航天局也正計劃在其總部與噴氣推進實驗室之間建立一個直線距離600公里、光纖皮長1千公里左右的包含10個骨干節點的遠距離光纖量子通信干線，并計劃拓展到星地量子通信。
日本也提出了自己的量子信息技術長期研究戰略。日本國立信息通信研究院計劃在2020年實現量子中繼，到2040 年建成極限容量、無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網絡。
我國政府也高度重視量子通信技術的發展，并積極應對激烈的國際競爭。
近年來，在中國科學院、科技部、國家自然科學基金委等部門以及有關國防部門的大力支持下，我國科學家在發展可實用量子通信技術方面開展了系統性的深入研究，在產業化預備方面一直處于國際領先水平。
2009年，潘建偉團隊在世界上率先將采用誘騙態方案的量子通信距離突破至200公里；同年，中國科大郭光燦團隊在蕪湖市建設了國際上首個量子政務網。
2012年，潘建偉團隊在合肥市建成了世界上首個覆蓋整個合肥城區的規模化（46個節點）量子通信網絡。
2013年，潘建偉團隊成功開發了國際上迄今為止最先進的室溫通信波段單光子探測器，并利用該單光子探測器在國際上首次實現了測量器件無關的量子通信，成功解決了現實環境中單光子探測系統易被黑客攻擊的安全隱患，大大提高了現實量子通信系統的安全性。
經過30多年的發展，量子通信技術已經從實驗室演示走向產業化和實用化，目前正在朝著高速率、遠距離、網絡化的方向快速發展。
2016年，中國科學院戰略性先導科技專項“量子科學實驗衛星”將于下半年發射。一旦發射成功，我國將在國際上率先實現高速的星地量子通信網絡，初步構建我國的廣域量子通信體系，同時可實現空間尺度量子力學非定域性檢驗，探索對廣義相對論、量子引力等基本理論的實驗檢驗。
未來，隨著量子通信技術的產業化和廣域量子通信網絡的實現，作為保障未來信息社會通信安全的關鍵技術，量子密碼極有可能會進入千家萬戶，服務于大眾，為當今這個高度信息化的社會提供基礎的安全服務和最可靠的安全保障。■