量子通信，到底是什么工作原理？( 二 ) _量子通信

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而量子信息又分为了量子计算和量子通信。大家经常听说的量子计算机，就属于量子计算，和我们今天介绍的量子通信有很大的区别。

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量子通信，分为“量子密钥分发”和“量子隐形传态” 。它们的性质和原理是完全不同的。
简单来说，“量子密钥分发”只是利用量子的不可克隆性，对信息进行加密，属于解决密钥问题。而“量子隐形传态”是利用量子的纠缠态，来传输量子比特。
接下来，我们分别介绍一下它们。
Part.3 量子密钥分发▋ 3.1 密钥的重要性
首先，我们先来看看一次正常的传统加密通信是怎么实现的：

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步骤1：A先写好明文。
步骤2：A通过加密算法和密钥，对明文进行一定的数学运算，编制成密文。
步骤3：密文被传递给B 。
步骤4：B通过解密算法（加密算法的逆运算）和密钥，进行相应的“逆运算”，把密文翻译还原成明文。
步骤5：B阅读明文。
这种加密通信的关键要素，大家都看出来了，就是密钥。
对于第三方来说，获得密文非常容易——如果你用无线电传输密文，无线电是开放的，对方很容易截获。如果你用有线介质，通讯距离几千公里，也很难保证每一处的安全。
以我们现在使用最多的光纤为例，它就很容易被窃取信息：

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光纤弯曲窃听示意图（通过弯曲光纤，外泄部分光信号，进行窃听）
所以，传递的信息，必须经过加密，才能保证安全。而加密使用的密钥，非常关键。
当年二战，就是因为美军破解了日军的密钥，结果将山本五十六的座机击落。英军也是因为借助图灵的帮助，破解了德军的密钥，最终获得战争优势。
关于密钥，最初人们使用的是密码本，后来是密码机，再后来就是RSA等加密算法。
加密算法出现时，因为人和机器的算力有限，所以破解一个算法很慢，难度很大，时间很长。
现在，有了计算机、超级计算机，算力越来越强大，破解算法的速度也越来越快——
RSA512算法在1999年就被破解；RSA768在2009年被破解；MD5和SHA-1两大密算也已告破……
在这种情况下，没有任何密钥是绝对安全的。再复杂的算法，破解起来只是时间和资源的问题。
那么，究竟怎么样才能实现真正的绝对安全？
信息论创始人，通信科学的鼻祖，伟大的克劳德·香农先生，总结提出了“无条件安全”的条件：

密钥真随机且“只使用一次”
与明文等长且按位进行二进制异或操作

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香农
这样的方法，理论上是不可破译的，香农对它进行了严格的理论证明。
但它也有缺点，就是需要大量的密钥，而密钥的更新和分配存在漏洞（存在被窃听的可能性）！
所以，不解决密钥分发的问题，就不可能实现无条件安全。这也导致了在香农发布了这一成果之后，根本没有人能够使用这种方式。
而量子密钥分发，就是为了解决这个问题！
▋ 3.2 量子密钥分发的工作原理
注意，前方高能预警！请务必跟上小枣君的思路！
1984年，IBM公司的研究人员Bennett和蒙特利尔大学的学者Brassard在印度召开的一个国际学术会议上提交了一篇论文《量子密码学:公钥分发和拋币》(Quantum cryptography:Public key distribution and coin tossing) 。
他们提出了BB84协议。该协议把密码以密钥的形式分配给信息的收发双方，因此也称作“量子密钥分发” 。
具体的原理如下：
因为光子有两个偏振方向，而且相互垂直。
所以，单光子源每次生成的单个光子，可以是这样：