《 人民日报海外版 》（ 2019年12月16日 第07 版）

量子纠缠记

斯雄

“墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路。

全球首个规模化量子网络：合肥城域量子通信试验示范网概貌。

可能很多人都有过类似的经历：当一个人想起另一个人的时候，对方却能同时感觉到；突然感觉到有人要给自己打电话，结果电话很快就响了……

我们通常称之为“心灵感应”，两个人之间瞬间的信息传递就是如此微妙，只是长期以来，我们要么认为纯属巧合，要么干脆斥之为迷信、伪科学。

生活中的许多现象和奥秘，人类暂时还无法解释。好在，科学对一切未知的东西，并不轻易否定。

20世纪量子理论的出现，颠覆了人类对微观世界的很多看法。特别是量子纠缠理论的实验验证：具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个状态发生变化，另外一个也会瞬间发生变化——这不就非常类似于“心灵感应”么？！

当然，这个实验不是为“心灵感应”做验证。但基于量子纠缠理论的量子通信，解决了人类保密通信的巨大难题。

2016年8月，中国成功发射“墨子号”量子科学实验卫星。作为航天大国，中国几乎每年都会成功发射几颗卫星，这次虽然不会再像当年发射第一颗人造卫星“东方红一号”那样，出现举国欢庆的激动与兴奋，但在国际上仍然引起很大轰动。

“墨子号”是世界首颗量子科学实验卫星。国际权威学术期刊《自然》曾评价，“国际同行们正在努力追赶中国，中国现在显然是卫星量子通信的世界领导者。”

量子通信是迄今唯一安全性得到严格证明的通信方式。

对保密通信的需求自古就有，且无处不在。大至国家安全、商业秘密，小至个人隐私，都无一例外地与此息息相关。

中学课本中有一篇大家熟知的课文《信陵君窃符救赵》，出自《史记·魏公子列传》，讲述魏公子信陵君盗魏王虎符、绞杀晋鄙、却秦存赵的故事，其中解决问题的死结，即中国古代的身份验证工具——虎符。

在中国古代，虎符乃兵甲之符，是古代皇帝授予将臣兵权和调兵遣将的信物。“虎符”分为左右两半，需调兵时，由朝廷使者持右半符前往，军队长官将右半符与左半符验合后，军队即按使者传达的命令行动。

古希腊斯巴达人使用的密码棒，也许是人类最早使用的文字加密解密工具：把长带子状羊皮纸缠绕在圆木棒上，然后在上面写字；解下羊皮纸后，上面只有杂乱无章的字符，只有再次以同样的方式缠绕到同样粗细的圆木棒上，才能看出所写的内容。

保密和窃密，自始至终纠缠不已。为了保密，人类不得不在加密技术上不断探索创新。从用纸笔或简单机械实现加解密的“古典秘法体制”，到莫尔斯发明电报实现加解密的“近代密码体制”，再到以电子密码催生的“现代密码体制”，不断攀升。

保密与窃密的攻防双方，基本都是在加密、破译的反复之中循环着。虽然机关算尽，但要确保保密通信万无一失，仍需绞尽脑汁。

现代密码体制中，无论是对称密码体制还是非对称密码体制，其安全性都是基于数学的复杂性，与计算机的计算能力相关联。上世纪90年代，随着量子算法的提出，人们意识到，量子计算机在并行运算上的强大能力，使它能快速完成经典计算机无法完成的计算，一旦研制成功，将对现行所有密码体制造成严重威胁。这话听起来不免让人胆战心惊。但量子保密通信技术，让人类看到了“永不泄密”的曙光，可以做到不可窃听、不可破译。

神奇的是，量子通信具备有“反窃听”功能。利用光子的量子态作为密钥本身的载体，收发双方通过量子测量的方法，能够检测出这些光子在传输过程中是否遭到了窃听者的窃听。

除了量子保密通信外，量子通信中还有另一种应用方式，即量子隐形传态。量子隐形传态是利用已分发的量子纠缠，把粒子的量子状态传送至遥远距离。在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，以光速又在另一个地方神秘地出现，而且不是巧合。

《西游记》中的神仙、妖怪经常玩“失踪”，孙悟空一个跟头就能翻出去十万八千里，现代科幻小说中描写的“星际穿越”，以及武侠小说中的“乾坤大挪移”，过去都只当是科学幻想。现在看来，这些不是不可行，而是有可能。

量子通信因其安全性和广阔的应用前景，很快成为国际上量子物理和密码学的研究热点，受到各国政府和相关研究机构的广泛关注。

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