量子通信
定义
量子通信指以量子态作为信息载体、依据量子力学规律完成信息传递的一类通信技术，属于量子信息学与经典通信技术交叉形成的研究与应用方向[5][1]。量子信息学通常划分为量子计算、量子通信与量子测量三部分，量子通信在其中承担信息的安全传递功能[2]。
按技术内容划分，量子通信主要包含量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)与量子隐形传态两类任务；前者用于在两地之间生成共享的随机密钥，后者用于把未知量子态从一个粒子转移到远处的另一个粒子上[2][6]。量子密集编码、纠缠分发与量子直接通信等也常被归入这一范畴[7]。
原理
量子通信的安全性依托量子力学的几条基本性质。单个量子不可分割，窃听者无法截取其中一部分进行测量；对未知量子态的测量必然扰动该状态，会使通信双方在误码率上发现异常；未知量子态不能被精确复制，即不可克隆定理，使窃听者无法复制信号后把原件转发给接收方[8][9]。
以 BB84 协议为例，发送方在两组共轭基中随机选择基矢、以单光子偏振态编码比特并发送，接收方也随机选择基矢测量；随后双方通过已认证的经典信道比对基矢，舍弃基矢不一致的数据，再抽取部分数据估算量子误码率。误码率低于阈值时，经纠错与保密增强得到最终密钥，误码率过高则放弃本次结果[10]。量子密钥分发只负责产生密钥，加密与解密仍由一次一密或高级加密标准等对称密码完成[11]。
量子通信的关键环节可概括为：量子态制备与传输、测量、基矢协商与后处理、最终密钥输出。
发展历程
1984 年，IBM 的 Charles H. Bennett 与蒙特利尔大学的 Gilles Brassard 提出首个量子密钥分发协议 BB84，被视为量子密码与量子通信领域的起点[9]。1989 年，两人在实验室完成首次演示，传输距离仅 30 厘米[9]。1991 年 Ekert 提出基于纠缠与贝尔不等式的 E91 协议，1992 年 Bennett 提出 B92 协议。1997 年，潘建伟与荷兰学者合作首次实验实现未知量子态的远程传输[12]。
2013 年，中国科大团队首次实现测量设备无关的量子密钥分发，2016 年又将该方案的安全距离提升到 404 公里超低损耗光纤与 311 公里普通光纤，创下光纤量子密钥分发的距离纪录[13][14]。2016 年 8 月 16 日，世界首颗量子科学实验卫星「墨子号」在酒泉卫星发射中心发射，开展星地高速量子密钥分发、星地量子纠缠分发与地星量子隐形传态等实验[3][15]。2017 年 9 月 29 日，全长 2000 余公里的量子保密通信干线「京沪干线」开通，并与墨子号连接实现洲际量子保密通信[4][16]。
近年的进展集中于网络化与多任务兼容。2025 年，中国科大团队演示了包含 5 个节点的全异构量子网络，支持多协议、多自由度与多任务切换[17]。同年，上海交通大学等团队实现 4 节点间 300 公里级全连接量子直接通信网络。
应用
实际部署以基于光纤的量子密钥分发网络为主。京沪干线连接北京、济南、合肥、上海，全长 2000 余公里，设 32 个站点，线路密钥率大于 20 千比特每秒，可满足上万名用户的密钥分发业务需求[18][4]。在该线路上，交通银行、工商银行与阿里巴巴集团开展了京沪异地数据的量子加密传输应用[4]。
卫星平台用于跨越光纤难以覆盖的距离。墨子号在 1200 千米通信距离上，卫星平均每秒发送 4000 万个信号光子，一次实验可生成 300 千比特密钥，其密钥分发速率比同距离地面光纤方案高约 20 个数量级[19]。相关技术常被讨论用于金融、政务、国防与电子信息等对保密性要求较高的领域[4]。
局限
量子通信并不提升传输速率，其在传输距离与速率上不及经典光通信，优势集中在保密性[20]。光纤对光子的吸收使信号随距离指数衰减，点对点光纤量子密钥分发在无中继条件下通常只能覆盖百公里量级；即使是测量设备无关方案，2016 年的纪录也仅为 404 公里[3][14]。
工程网络目前依赖可信中继：京沪干线沿线中继站需在本地解码并暂存密钥，再与下一段开展分发，中继节点的安全性成为整体安全的前提[11]。早期使用弱相干光源还存在光子数分离攻击的风险，需借助诱骗态等方法加以抵御[6]。
此外，实际系统的密钥生成速率远低于传输业务数据所需，应用中多以频繁更新对称密码密钥的方式使用，而非严格的一次一密[11]。器件层面的漏洞也可能被针对探测器的攻击利用，这正是测量设备无关等协议试图解决的问题[21]。
参见
参考资料
- 量子通信中的量子消相干和量子中继器-知网阅读 [引用日期2026-10-29]
- 运营商量子通信业务的破局之道-通信企业管理2025年02期-知网阅读 [引用日期2026-10-29]
- 中国科大主导研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射 [引用日期2026-10-29]
- 我国开通全球首条量子通信干线 成功实现首次洲际量子通信 [引用日期2026-10-29]
- 量子通信现状与展望 [引用日期2026-10-29]
- arxiv.org 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- 多个系统中的量子信息处理 [引用日期2026-10-29]
- 跨越半个地球 首次洲际量子保密通信传递哪些信号-新华网 [引用日期2026-10-29]
- 量子密钥分配 - 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们 [引用日期2026-10-29]
- references [引用日期2026-10-29]
- Communications of the ACM - February 2018 [引用日期2026-10-29]
- 量子通信：划时代的崭新技术 [引用日期2026-10-29]
- 【安徽日报】我科学家刷新量子保密通信世界纪录 [引用日期2026-10-29]
- Quantum Cryptography Goes a Long Way [引用日期2026-10-29]
- 中国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”_央广网 [引用日期2026-10-29]
- 中科院：世界首条量子通信干线“京沪干线”正式开通 [引用日期2026-10-29]
- 中国科大实现异构量子通信网络 [引用日期2026-10-29]
- 世界首条量子保密通信干线开通 [引用日期2026-10-29]
- 【中国新闻网】中国科学家提出构建“量子通信全球组网”----中国科学院网信工作网 [引用日期2026-10-29]
- 量子信息学是量子物理与信息科学交叉的新生学科,主要包括量子通信和量子计算 [引用日期2026-10-29]