绝对安全的量子通信：潘建伟团队实现千公里星地量子密钥分发

量子密钥分发（QKD）是一种理论上绝对安全、不可被窃听的加密方法，也是量子通信网络中最先可能商业化的部分。通信者用量子叠加态对信息进行加密，而基于量子不可复制原理，任何窃听行为都会对整个通信系统造成干扰。

自1989年，科学家们首次实现距离32厘米的量子密钥分发以来，学界就在不断探索更远距离的实验。不过，传统的光纤传输损耗较大，而同样基于量子不可复制原理，量子信号无法像其他通信信号一样得到增强，这大大限制了量子密钥分发距离。潘建伟团队运用星地传输，显著降低光子的损耗率，使得相距1200千米的量子密钥分发成为现实。

那么，这种信息加密方式，为什么在理论上是绝对安全的呢？这需要从一篇1984年发表的论文说起。

bb84协议：绝对安全的量子通信

1984年，当时任职于IBM研究中心的本内特（Charles H. Bennett）和当时就职于蒙特利尔大学的布拉萨尔（Gilles Brassard）在国际计算机、系统和信号处理大会上发表的一篇文章，奠定了首个量子加密协议。基于两位作者的姓氏首字母和发表年份，该协定也被人称为“bb84”协议。

“bb84”协议构想了一种，在理论上绝对安全的密钥传输方法。现在，我们假设有一个信息发送者Alice，她想发送一串由1和0组成的二进制密钥给信息接受者Bob，同时，还存在一位潜在的窃密者Eve。

在传统通信渠道中，窃密者Eve可以截获Alice传来的密钥，并复制给Bob。这样，Bob并不会察觉到密钥已经被人窃听了。

而在量子通信渠道中，信息是编码在光子的偏振态上的。所谓的量子，是物理学中不可再分的基本单元，由德国物理学家普朗克在1900年首次提出。比如，光子就是量子性的，不存在“半个光子”的说法。

现在，我们假设存在两台机器A和B，A机器可以产生垂直偏振（记为0）和水平偏振（记为1）的光子，B机器可以产生45度偏振（记为0）和135度偏振（记为1）的光子。如果按照A密码本去读A机器产生的光子，可以正确地读出0或者1，但是，如果按照B密码本去读A机器产生的光子，每个光子都会被随机读成0或者1，也就是说，和瞎猜的概率一样。