量子通信产业化进展积极 量子通信概念股值得关注

1.2 传统加密方式将被量子计算机解密

在分布式计算和量子计算机理论日趋成熟的今天，加密安全性更是受到了极大挑战。在1994年，Peter Shor就发明了一个量子算法（Shor算法），它展示了一个足够大的量子计算机，在理论上是能够把质因数分解的时间复杂性降到多项式的时间。如果能把解密复杂度变成多项式的时间，那么基于任何模型下的大数，都能够很“轻易” 地被破解。

那么不需要等待多年后计算能力的进一步提高，密钥将被轻易破解，因此过去的公钥加密在理论上已不再安全，公钥体系面临崩溃。

2017年7月21日，美国斯坦福大学物理学教授张首晟及其团队在《科学》杂志上发表了一项重大发现：在历经80年的探索之后，他们终于发现了“马约拉纳费米子”（Majorana fermion）的存在。1937年意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中可能存在一种与其反粒子完全相同的特殊粒子，也就是马约拉纳费米子，由于其反粒子就是本身的特殊性质，使其拥有非常理想的稳定性，对于实现稳定的量子计算具有非同一般的重要意义。

与传统计算机不同，量子计算机将通过量子比特（quantum bits）传输数据。量子比特呈现为量子状态，它们能够同时既是0又是1。问题是，科学家很难找到一种能够充当量子比特同时又不容易与附近物质互相作用——这种相互作用将破坏量子系统——的粒子。但马约拉纳费米子可以解决这个难题。

“马约拉纳费米子”的发现将大幅推进量子计算机的研发进程，传统通信加密方式将面临最强之矛——量子计算机的挑战，而作为量子理论上不可破解之盾——量子通信技术，已经在各个专用领域逐步推广，预计将在解密危机到来之前占领全球万亿级的通信市场。

量子通信技术——防止窃听的无懈之盾

2.1 什么是量子

量子，并不是一种具体粒子，而是物理学中基本能量粒子的统称。量子的观点认为分子、原子、电子等微观粒子都是量子的表现形态。所以世界万物可以说都是由量子构成，如一束光中就可以包含上万亿个光量子。

19世纪物理学家提出的量子概念指出，微观世界中量子是能量的最小单位，不能再分。量子之于万物，就像像素之于数字图片。目前的量子通信，本质上仍然是光通信，可以基于光纤传输，也可以基于自由空间的无线传输。

对于光子，或者说光量子，在具有粒子性的同时也具有波动性，即光也是一种电子波，具有特定的振动方向，在传播过程中具有偏振特性，而这个特性将被应用于本文的量子通信。

2.2 什么是量子通信

量子通信是量子物理学和密码学相结合的一门新兴学科，利用量子态的物理性质为通信双方提供绝对安全的通信方式。

量子保密通信从量子力学不确定性原理和量子态不可克隆定理出发，从理论上保证了保密性，即通信双方能够检测到窃听者的存在并采取相应的措施。这一特性是由量子物理的基本原理所保证的，因为观察或者测量一个量子系统均会造成量子态的扰动，从而造成可以检测的反常，提醒通信双方泄密。

量子通信核心优势：无条件安全、高效和抗干扰。

1、量子密钥分配彻底解决密钥分发过程中的安全性问题。

量子的不可复制性是量子通信安全性的基础。量子信息若被监测，就会发生不可还原的改变，观测行为会破坏粒子本身的状态，这使得量子通信具有了无条件的安全性。

如果发生窃听将破坏系统产生误码，通信双方都能够觉察。量子密码不是依赖于计算的复杂度，而是基于量子力学原理，原理是“海森堡测不准原理（Heisenberg uncertainty principle）”中所包含的一个特性，即当有人对量子系统进行偷窥时，同时也会破坏这个系统。

2、量子传输信息效率远高于传统方式。

根据量子力学的叠加原理，一个n维量子态的本征展开式有项，每项前面都有一个系数，传输一个量子态相当于同时传输这个数据。量子并行性使得量子计算机可以同时对2^n个数进行数学运算，其效果相当于经典计算机重复实施2^n次操作。