对人类自身而言，最为伟大的梦想是什么?毫无疑问，是能够有朝一日驾驶着宇宙飞船，在浩淼无垠的宇宙空间自由自在地穿梭，以此去寻找人类新的栖息地，探访其他的智慧生命。美国的《星际穿越》等好莱坞科幻大片也一直在以电影的方式实现着人类的这些梦想。

　　但是真实的情况似乎有一些悲观。物理学家爱因斯坦很早就通过相对论指出，宇宙中物质的运动速度都不能超过光速。因为当粒子被加速到接近光速时，其消耗的能量将急剧增大，如果达到光速，那么就需要无穷大的能量，这是人类目前还克服不了的难题，而物体不能越过光速的这个屏障，就被称之为光障。

　　宇宙浩瀚无边，仅仅我们人类所在的银河系直径就有十万光年，包括两千多亿颗恒星。光障的存在，理论上讲让人类在宇宙的尺度中无法进行遥远距离的旅行，走出太阳系就很困难，更不用说穿越银河系到更为遥远的宇宙空间去旅行了。与此同时，这么远距离的旅行，传输的信息如何迅速被地球上的我们快速获悉也是一个很大的问题。

　　但是现在，太空探索迷们可没有必要过度伤心了，因为量子传输的方式也许可以在未来为人类的太空之旅提供新的思路和视角。

　　“超时空传输”或将实现

　　3月上旬，中国科学技术大学对外宣布，该校中国科学院院士潘建伟及其同事陆朝阳、刘乃乐等组成的研究小组在国际上首次成功实现多自由度量子体系的隐形传态。这是自1997年国际上首次实现单一自由度量子隐形传态以来，量子信息实验研究领域取得的又一重大突破。

　　最新出版的国际权威学术期刊《自然》以封面标题的形式公布了这一成果。

　　中国科学院院士潘建伟

　　这一实验成果得到《自然》杂志审稿人的高度评价，称这一成果“绝对新颖、重要，处于当前量子光学和量子信息领域的最前沿，可以认为是一个伟大的成就”。

　　潘建伟描述说，量子隐形传态在概念上类似于科幻小说中的“星际旅行”，可以利用量子纠缠把量子态传输到遥远地点，而无需传输载体本身。

　　那么，量子隐形传态是什么?

　　根据科学定义，量子隐形传态又称量子遥传、量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传，是一种全新的通信方式。它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态如同经历了科幻小说中描写的“超时空传输”，在一个地方神秘消失，不需要任何载体的携带，就又会在另一个地方神秘地出现。

　　其实这种场景已经在一些科幻大片的场景中出现，一个宇航员要去银河系或者是银河系外的某个星球，只要在地球上通过开启通道，就可以很快到达目的地。

　　科幻电影中“超时空传输”的场景

　　虽然这样的场景还只是人类的幻想，但是量子传输的确正在将这种设想一步步成为现实。比如，如果运用量子传输，当机密文件被放入一个特殊装置之后，可以突然消失，并且同一瞬间出现在相距遥远的另一个特定装置中，被人方便地取出。

　　即使隔着太阳系，也有心电感应

　　对很多普通人而言，量子物理学也许是现今的物理学世界中最为晦涩难懂的领域了。要搞明白量子传输是怎么回事，一切还要从量子说起。量子，是微观物理世界中的最小单位，也是不可分的最小能量单位，而“光量子”就是光的最小单位。听起来很神秘，量子却无时无刻不在我们身边。比如常见的光，就是由大量的光量子组成。在现代科学认知中，几乎任何已知事物都是可测的，即物质的状态是确定的;而在量子的世界里，某些物质则可以同时处于多个可能状态的叠加态。

　　在微观领域里，量子像一粒骰子，处在不停地旋转中，各个面都可能朝上。只有在被观测或者测量时，它才会停下来，随机呈现出一个朝上的面。但是，这种测量本身意味着干涉，意味着原先的待测状态遭到破坏而发生改变。

　　为了实现高质量的信息传递和远距离的量子通信，必须首先获得具有高关联度的纠缠态光场。科研人员正在进行相关实验。

　　奇特的量子世界里，量子存在一种奇妙的“纠缠”运动状态，这就是量子纠缠效应。纠缠是一种被爱因斯坦称为“幽灵般的超距离作用”的量子相互关联现象：有共同来源的两个微观量子，即便它们隔着一个太阳系，只要一个量子发生变化，另一个量子就会立刻发生相应变化。

　　中科大量子信息实验室教授彭承志说，一对纠缠状态下的光子就好比有着 “心电感应”的两个孪生婴儿，如果说得更为生动形象些，纠缠光子就好像一对“心有灵犀”的骰子，如果甲乙两人身处两地，分别各拿其中一个骰子，甲随意掷一下骰子是5 个点，与此同时，乙手中的骰子也会自动翻转到5个点，并且乙根本就不需要知道自己手中究竟握着几个点，当然乙也不能查看，否则就将这种自动反转的场景破坏了 。因为在物理学上，每一次对纠缠光子的测量都会破坏原有的状态，就像我们吃冰淇淋，要知道它的味道就必须尝一口，但当尝了一口时，冰淇淋就已经发生改变。

　　因此，甲只需要通过电话、短信等渠道告诉乙，自己刚刚掷出了5点。乙即便不用摊开手掌，也可以知道自己手边这个“心电感应”的骰子也成了5点。不过需要注意的是，甲和乙之间传送的只是类似“转成5点”之类的信息，而不是实物。实物传输依旧是人类还没有跨越的障碍。

　　不需要时间的量子通信

　　在相当长的时间内，量子信息技术一直充满了强烈的科幻气质，在科幻小说或者科幻电影中才能看到它们的价值，但是从 1993 年美国科学家提出量子通信的概念至今，量子信息技术正在一步步走向人类的世界，并且已经开始从实验室演示性研究迈向实际应用。如今，基于量子力学的量子通信、量子密码和量子计算机等量子信息技术，正在成为人类信息科学领域的最为耀眼的桂冠。

　　这些年，以美国为首的西方发达国家投入了大量人力、物力进行量子通信的理论和实验研究，单光子探测器、量子密钥分发产品、纠缠源等产品研制大步迈进，量子通信的距离和速率等都有了飞跃式提升。

　　D-Wave One- 量子计算机

　　在这场国际化竞争中，尽管中国属于后来者，但是在中国科研人员的参与和努力下进展很快，在应用研究的多个方面已经领跑世界，其中量子通信的发展进程最为迅速。记者了解到，清华大学物理系教授龙桂鲁研究团队多年来一直在量子信息领域展开深入研究，他们建立了国际上第一个量子安全通信模型，开拓了量子通信的一个新方向。2000年，龙桂鲁团队在国际上提出了第一个量子直接安全通信的物理模型———两步量子通信方案，开拓了量子直接安全通信这一新的量子通信研究方向。

　　2007年开始，中国科大—清华大学联合研究小组在北京架设了长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了当时世界上最远距离的量子态隐形传输，证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性，为未来基于卫星中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。2014年11月，潘建伟团队与中科院上海微系统所以及清华大学科研人员合作，成功将量子保密传输的安全距离扩至 200 公里，又创下新的世界纪录。

　　在现实应用中，早在2008 年，我国就建成光量子电话网，实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话。世界上规模最大的 46 节点的量子通信试验网，则于2012年在安徽省合肥市建成投用，通信准确率达到了99.6%，这标志着我国在大容量的量子通信网络技术方面已经取得了关键突破。2014年，我国两千公里量级的城际光纤量子通信骨干网工程——“京沪干线”也已经上马。

　　按照计划，2016 年，我国将先于欧美发射全球首颗量子科学实验卫星，2020 年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，2030 年建成全球化量子通信网络。

　　“在量子通信领域，中国用了不到10年时间，由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅”。《自然》杂志如此评论说。

　　量子通信是一项尤为诱人的技术，其既可民用也可军用，可用于金融机构的隐匿通信等工程，也可用于对电网、煤气管网、自来水网等重要能源供给和民生网络基础设施的监视和通信保障。总之，量子通信同国民经济健康有序发展相关的部门或行业都联系直接、紧密。如果同卫星装置统一匹配，其应用领域还会更广、更多、更深。比如量子通信还能实现远距离通信。有科学实验证实，量子隐态传输还能够穿越大气层，进行星际联络。这将很好地解决我们人类进行火星、甚至更远的宇宙空间探索的通讯难题。

　　尤为不可思议的是，对于量子通信来说信息在两位通话者之间的传输根本不需要时间，这就可以消除线路时延达到完全同步，无论这两人相隔的距离是100公里、100万公里，还是100光年。它的信息传递速度可以无穷大，远远超越了光速。要实现最快通信的话，理论上比光速还要快1万倍。并且使用量子通信也可以保证大容量传输。

　　不可能被破译的量子密码

　　量子通信的绝对安全性最为很多人所看中，彭承志表示，其密钥具有不可复制性和绝对安全性，一旦有人窃取密钥，整个通信信息会“自毁”并告知使用者。尤为神奇的是，由于量子态一旦出现了观测者，其状态便会发生改变。因此，对量子通信的窃听行为，就会改变光子的状态，进而通信双方就会意识到遭到了“偷窥”。

　　而且量子通信没有电磁辐射，任何无线电探测系统都对量子通信无能为力。这项技术采用后意味着信息变得不可窃听、复制和破译，不再有可以被破译的密码，人们也不必再担心银行信息等一些个人私密信息被人窃取。

　　数据处理能力巨大的量子计算机如今也进入了科学家的视野。这是一种全新的具有高度安全性的计算机。当量子计算机颠覆传统密码体系时，量子技术也为信息安全提供了一个全新的守护神，那就是一种理论上无法破解的密码——量子密码。由于量子态是无法复制的，采用量子态作为密钥便无破译的可能，即使攻击方具有无限计算资源也是如此，这样就实现了“绝对安全”。这意味着这项技术在军事上和情报谍战中都具有巨大的前景和价值。

　　实践中，量子密码术已经在IBM的实验室中得到了证明，只是当前仅适合应用于数十公里这样相对较短的距离。进一步开发新技术来提高传输距离已经成为量子密码术研究人员正在攻关的对象。

　　如今在美国，华盛顿的白宫和五角大楼之间已经有量子密码通信的专用线路进行实际的应用，同时还连接了附近主要的军事地点、防御系统和研究实验室。

　　在日本，2005年日本电气公司已经开发出了一种即使气温与光纤长度等通信环境发生异常变化，其性能也不会降低的量子加密通信系统。同一年，日本松下电器产业和日本玉川大学利用光的量子扰动现象，试制出了一套防窃听性能更高的光通信系统，传输距离为 20公里。2010年，日本的一家信息通信研究机构受托与多家电气、电机、电信电话公司合作，在超高速宽带网络上采用量子密码技术，已开发出了不能窃密的多点电视会议系统，现在该系统已经开始投入试运行。

　　在不远的未来，随着量子密码技术的进步，将会有越来越多的国家将其在关键中枢中投入使用。

　　长期以来，保密与窃密就像矛与盾一样相影相随，它们之间的斗争已经持续了几千年，随着量子密码的出现，有科学家表示这至少在理论上终结了这场争斗，成为真正的终结者。■（文/记者 李鹏）