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中國的“墨子”升天引來了全世界的關(guān)注，而讓這個頗為神秘的詞狠狠的火了一把--量子。
僅僅一顆通信衛(wèi)星發(fā)射成功有必要引來這么大的轟動嗎？有！而且它不普通！不是普通的通信衛(wèi)星。它是首顆攜載量子的衛(wèi)星。它未來的應(yīng)用主要是作為通信衛(wèi)星，將應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和金融安全等領(lǐng)域。
為什么量子通信在安全方面有這么轟動的反響？量子通信到底是怎樣實現(xiàn)安全的？
這與量子本身的三大特性分不開。糾纏理論、測不準(zhǔn)理論、不可復(fù)制性。
糾纏理論
量子糾纏是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統(tǒng)中相互影響的現(xiàn)象，雖然粒子在空間上可能分開。
糾纏是關(guān)于量子力學(xué)理論最著名的預(yù)測。它描述了兩個粒子互相糾纏，即使相距遙遠(yuǎn)距離，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態(tài)。當(dāng)其中一顆被操作（例如量子測量）而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。
愛因斯坦將量子糾纏稱為"鬼魅似的遠(yuǎn)距作用"（spookyactionatadistance）。但這并不僅僅是個詭異的預(yù)測，而是已經(jīng)在實驗中獲得的現(xiàn)象，比如科學(xué)家通過向兩個處于室溫的糾纏的小鉆石發(fā)射激光（圖中綠色）。科學(xué)家希望能夠建造量子計算機，利用粒子糾纏進(jìn)行超高速計算。
量子糾纏所代表的在量子世界中的普遍量子關(guān)聯(lián)則成為組成世界的基本的關(guān)聯(lián)關(guān)系�；蛟S用糾纏的觀點來解釋"夸克禁閉"之謎。當(dāng)一個質(zhì)子處于基態(tài)附近的狀態(tài)時，它的各種性質(zhì)可以相當(dāng)滿意地用三個價夸克的結(jié)構(gòu)來說明。但是實驗上至今不能分離出電荷為2e/3的u夸克或（-e/3）的d夸克，這是由于夸克之間存在著極強的量子關(guān)聯(lián)，后者是如此之強，以至于夸克不能再作為普通意義下的結(jié)構(gòu)性粒子。通常所說的結(jié)構(gòu)粒子a和b組成一個復(fù)合粒子c時的結(jié)合能遠(yuǎn)小于a和b的靜能之和，a或b的自由態(tài)與束縛態(tài)的差別是不大的。而核子內(nèi)的夸克在"取出"的過程中大變而特變，人們看到的只能是整數(shù)電荷的介子等強子。同一個質(zhì)子，在不同的過程中有不同的表現(xiàn)，在理解它時需要考慮不同的組分和不同的動力學(xué)。一個質(zhì)子在本質(zhì)上是一個無限的客體。實質(zhì)上整個宇宙是一個整體的能量慣性體系包括實在的粒子和空間，由于能量慣性的存在，整個能量體系時刻按一定的能量運動規(guī)律運動，宇宙中的每一個粒子作為宇宙能量的一分子它本身的能量慣性狀態(tài)始終與宇宙環(huán)境保持一致即能量的穩(wěn)定性，它們的電磁能量波始終存在著相互作用。當(dāng)倆物質(zhì)粒子同時處于某一狀態(tài)即盡量使之處于基態(tài)或能量控制編碼態(tài)，它們在相互作用時產(chǎn)生了電磁能量慣性互動及量子糾纏現(xiàn)象。因此，物質(zhì)具有能量然而人們只能從物質(zhì)的相互作用中獲得并得到利用。
不可復(fù)制
量子通訊的理論基礎(chǔ)在于量子不可克隆原理，這個原理從根本上保證了量子通訊信道是無法被竊聽的：通訊雙方通過公開地交換一些測量信息（這些信息可以讓所有人都知道，比如說，通過大喇叭來喊話），就可以確認(rèn)是否有人竊聽。
當(dāng)然，通訊保密是個系統(tǒng)工程，最終的保密效果依賴于系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)的可靠程度，決定于保密程度最差的那個環(huán)節(jié)。量子通訊只是保證了需要保密的信息不會在該環(huán)節(jié)里被泄露，其他環(huán)節(jié)的事情，他是管不著的：比如說，掌管保密信息的人本身也許就是個間諜，那么需要保密的信息肯定會被偷走，量子通訊對此肯定是無能為力的--這是常識，是任何系統(tǒng)工程都無法避免的，但這些并不構(gòu)成否認(rèn)量子通訊保密性的理由。
量子力學(xué)說起來挺玄乎，其實也是可以用些常識性的比喻來理解的。下面就談?wù)劻孔硬豢煽寺≡恚務(wù)勊麨槭裁茨軌虮ＷC量子通訊信道是無法被竊聽的。
克�。╟lone）就是復(fù)制的意思，量子不可克隆，就是說，某個任意的量子態(tài)是不能夠百分百精確地復(fù)制的。需要注意的是，這里說的量子態(tài)，指的是任意的量子態(tài)，也就是說，我們事先不知道他的狀態(tài)到底是什么--對于某個確定的量子態(tài)，我們是有辦法精確復(fù)制的。其實，這等效于說，對于某個任意的量子態(tài)，我們是無法通過測量確定它的特性的--在量子力學(xué)里，"知道"的意思其實就是"測量"：不經(jīng)過測量，你就不知道；而測量總是要影響量子態(tài)的，你要想知道，就必須選擇測量方法，具體的測量方法會決定測量的可能結(jié)果。這就是量子力學(xué)的精髓，實際上是從所有實驗中總結(jié)提煉出來的道理--科普文章里經(jīng)常提到的海森堡測不準(zhǔn)原理，說的也就是這么個事情。
有一些特殊的測量，是可以保證某些特殊的量子態(tài)不受擾動的，這些量子態(tài)就是本征態(tài)，其對應(yīng)的測量值就是本征值。本征態(tài)是非常特殊的量子態(tài)，任意的量子態(tài)通常是多個本征態(tài)的疊加。量子不可克隆原理說的是，任意量子態(tài)是不能夠精確復(fù)制的--本征態(tài)是可以復(fù)制的，因為他是非常特殊的量子態(tài)，特別是他依賴于測量方法的選擇。
為什么說量子不能夠被精確克�。孔C明的方法是反證法。首先要承認(rèn)的前提是海森堡測不準(zhǔn)原理，這是從無數(shù)實驗中總結(jié)提煉出來的事實。如果任意量子態(tài)可以被精確克隆，那么我們就可以這么做：先把這個量子態(tài)精確地復(fù)制一百份，然后用一百種不同的測量方法來精確地得到一百種不同的信息--如果一百份還不夠，那么就克隆一萬份好了。通過選擇測量方法，我們就可以知道每個特定備份的相關(guān)性質(zhì)，再加上精確克隆的假定，我們就可以知道任意量子態(tài)的任何信息，海森堡測不準(zhǔn)原理也就不可能成立了--這個結(jié)論與實驗觀測事實是矛盾的。所以說，量子不可克隆原理等價于海森堡測不準(zhǔn)原理，也等價于測量會影響量子態(tài)的這個量子力學(xué)基本假定。
測不準(zhǔn)
量子本身一般不是像光子、電子那樣的粒子，它其實就是"份額"或"單元"的意思，一定要在量子前面加上限定，它才有確切的含義，比如能量量子、動量量子，而且，它也只是指一份能量或一份動量，與粒子是不同類別的東西。不過，場量子一般就是指微觀粒子。
粒子的位置與速度的不確定性關(guān)鍵在于所有微粒都具有波粒二象性--它既像顆粒狀的分立的粒子、又像云霧狀的彌散的波動，而且粒子的動量直接與波動的波長成反比（可參閱德布羅意波、或稱物質(zhì)波或概率波）。已有不少實驗直接證明了光子、電子、中子、原子的這種波粒二象性。盡管沒有去直接驗證所有粒子都具有這種二象性，但所有已知粒子都按照以此波粒二象性為基礎(chǔ)的量子力學(xué)來處理后的結(jié)果都與觀測相符--間接驗證了所有粒子都普遍有此波粒二象性。至今也沒有絲毫的跡象顯示存在著沒有波粒二象性的粒子，絕大多數(shù)科學(xué)家也相信將來不會發(fā)現(xiàn)這種粒子。
至于為何會有波粒二象性，至今仍是一個謎。
不妨具體看看波粒二象性與不確定原理的關(guān)系：
由德布羅意的物質(zhì)波波長的公式可知，一個有著完全確定動量的粒子對應(yīng)著一個有著完全確定波長的平面單色波，這樣的平面單色波必然是遍布全空間的，并且此波的振幅是處處相同的（否則，按傅立葉分析，它就不可能是單色的--只有單一的波長），亦即全空間各處找到該粒子的概率都相同--粒子的位置完全不確定，這正是不確定原理要說內(nèi)容的一部分--粒子的位置和動量不能同時確定，動量完全確定時，其位置就完全不確定。
另一個極端情景是：粒子的位置完全確定（相對論量子場論對位置的確定又有進(jìn)一步的限制，這里不展開說了），此時的波函數(shù)的形狀是無窮高也無窮細(xì)的一個尖峰（數(shù)學(xué)上用狄拉克函數(shù)表示），表明除此處以外的其他地方找到粒子的概率都是0。狄拉克函數(shù)根據(jù)傅立葉分析可看成是無窮多個不同波長（從0到無窮）的平面單色波的疊加。由德布羅意的物質(zhì)波波長的公式可知，一個波長對應(yīng)于一個確定的動量，無窮多個不同的波長就對應(yīng)著無窮多個不同的動量--此時的粒子動量是完全不確定的，這正是不確定原理要說內(nèi)容的一部分--粒子的位置和動量不能同時確定，位置完全確定時，其動量就完全不確定。
來看中間的某個狀況：一個有限高度和有限寬度的波包代表粒子就分布在這個波包的寬度的范圍內(nèi)，波包寬度也就是這個粒子的位置的不確定程度Δx。這個波包的傅立葉分析的結(jié)果是疊加的單色波波長只分布在一定范圍內(nèi)--相應(yīng)的動量的不確度Δp是一個有限的值。ΔpΔx也是有限的，如果波包的大小和形狀取得合適，還能使ΔpΔx達(dá)到最小值--約化普朗克常數(shù)的一半。這正是不確定原理的核心內(nèi)容--ΔpΔx≤h/4π。
波粒二象性的圖像確實是難以想象的，許多人都試圖找到像經(jīng)典粒子那樣的位置確定的、不彌散開來的、動量也確定的并且可以任意小的東西，但近一百年來的實踐似乎是越來越強烈地表明那實在不過只是一種毫無現(xiàn)實依據(jù)的空想--不是測量工具不足，而是微觀世界就是這般奇異不定--那里確實有一部分東西是無規(guī)則的、不確定的、概率性的--有些我們想確切知道的東西還真是無論如何也無法知道！
有人這樣形容過量子通信，就好比是你用大喇叭告訴另一個人秘密，通知過程中，你就可以知道是否有人在竊聽。你就會發(fā)現(xiàn)你的通信是否是安全的。
量子通信給通信渠道帶來了一個絕對安全得通道。我們就只需要靜靜的等待，等待量子通信普及起來吧！
在這個數(shù)據(jù)爆炸時代，手機、網(wǎng)絡(luò)以及即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時代，保護好我們的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)成了頭等大事。信息安全不得不值得我們重視起來！別在網(wǎng)絡(luò)世界裸奔！
