量子通信真的无法破译吗？

　　是的，量子通信无法破译。但在解释这句话的意思之前，我们需要首先明白一点：这里的＂量子通信＂特指＂量子密码术＂。
　　在科学界的用法中，＂量子信息＂是一个由量子力学和信息科学结合而产生的一个交叉学科，其中包括＂量子通信＂和＂量子计算＂，而量子通信的应用又有＂量子密码术＂、＂量子隐形传态＂和＂超密编码＂等等。这个学科的逻辑结构请见下图。
　　量子信息学科内容
　　不过，量子信息的所有应用都有很高的技术难度，大部分都处于实验室演示阶段。而量子密码术的技术难度相对较低，所以目前已经接近实用，成了媒体报道的中心。因此，当媒体报道＂量子通信＂如何如何的时候，他们往往实际上指的就是量子密码术，即量子通信的一部分而非全部。这是我们在看新闻时需要注意的。
　　顾名思义，我们立刻就可以明白量子密码术是一种保密的方法，并不是很多人以为的＂瞬间传输＂、＂空间跳跃＂之类不可思议的东西。那么，它对保密有什么特别的好处呢？
　　大多数科普作品会告诉你，量子密码术不可破译。很好，这话是正确的。但大多数科普作品在解释它不可破译的原因时，却绕得太远，以至于许多读者不知所云了。实际的原因很简单：用＂一次性便笺＂密钥加密的密文是不可破译的，而量子密码术产生的密钥正是一次性便笺 。
　　什么是一次性便笺呢？信息论的创始人香农证明过这样一个定理：密钥如果满足三个条件，那么密文通信就是不可破译的。这三个条件是：一，密钥是一串随机的字符串；二，密钥的长度跟明文一样，甚至更长；三，每传送一次密文就更换密钥，即＂一次一密＂。满足这三个条件的密钥，就被形象地称作＂一次性便笺＂。
　　香农
　　稍微思考一下，就能理解香农的定理。比如说，你拿到的密文是一个8位的字符串DHDSBFKF，这其中每一位的原文都是另外一个字符，对应规则都是＂在英文字母表上前进x步＂，但x对每一位都单独取值（这就需要密钥的长度至少跟原文一样，即第二个条件），而且是随机的（第一个条件）。例如第一位的x = 1，把原文的C变成密文的D，第二位的x = 3，把原文的E变成密文的H。如果你是敌对方，你如何猜出原文？
　　任何破译方法都必须基于某种线索。例如一个常用的线索是，英文中各个字母使用频率不同（最常见的前五位是E、T、A、O、I）。由此，通过统计密文中每个字母出现的频率，就可望找出密钥。但这只适用于每一位的变换规则都相同的情况（即只有一个统一的x），而在这里每一位都有自己随机的x，这一招就用不上了。如果不是一次一密（第三个条件），你还可以连续截获好几份密文，然后在多份密文的同一个位置做这种频率分析。但加上一次一密之后，连这个仅存的希望也破灭了。因此，你除了瞎蒙之外，还能干什么呢？
　　因此，制造不可破译的密文，并不是量子密码术的专利。在传统的密码术中，只要让通信双方都拿到一次性便笺密钥，他们的密文就是不可破译的。
　　你也许会感到奇怪：既然这样，保密的问题不是已经解决了吗？回答是：没有解决，因为真正的困难在于密钥的分发，或者叫配送。
　　在传统密码术中，双方要共享密钥，只有两种途径。一是直接见面，——但如果方便见面，哪还需要通信？二是通过信使传递，——但信使可能被抓或者叛变，前者如《红灯记》中李玉和，后者如《红岩》中的甫志高。这才是真正的麻烦所在！
　　《红灯记》
　　乍看起来，这已经是个死局，没法再改进了。但量子密码术的神奇之处就在这里。
　　量子密码术做的，其实就是一件事：不通过信使，就让双方直接共享密钥。
　　这是怎么做到的？关键在于，这里的密钥并不是预先就有的，一方拿着想交给另一方。（地下党组织：李玉和同志，这是密电码，这个光荣而艰巨的任务就交给你了。）在初始状态中，密钥并不存在！（地下党组织：李玉和同志，我们没有任何东西要交给你，解散！）
　　量子密钥是在双方建立通信之后，通过双方的一系列操作产生出来的。利用量子力学的特性，可以使双方同时在各自手里产生一串随机数，而且不用看对方的数据，就能确定对方的随机数序列和自己的随机数序列是完全相同的。这串随机数序列就被用作密钥。量子密钥的产生过程，同时就是分发过程，——这就是量子密码术不需要信使的原因。
　　现在，你明白＂量子通信不可破译＂这句话的意思了吧？
　　答案恐怕并没有你想象的那么乐观。主要原因在于：理想很丰满，现实一般却很骨感，理论上很完美，但现实实现起来却未必那么理想。为了加深大家对这个问题的理解程度，我稍微多说一点。量子通信的主要方案
　　因为量子通信是一个比较新兴的学科，有些术语的定义也不是那么明确规范。我们现在在谈论量子通信的时候主要指这两方面的内容：量子密钥分发和量子隐形传态。
　　量子密钥分发 是指利用量子的特性制造一个完全随机不可破解的密钥，然后用这个密钥给要传递的信息加密。所以，这个过程里量子并没有参与到信息传递中来，信息依然是通过传统的方式传递的，只不过他有一个完全不可破解的密钥，因此理论上是绝对安全的。
　　这部分已经比较成熟了，也有了非常多的量子秘钥分发协议，其中最为著名的就是BB84协议（两个名字带B的老外在84年提出来的）。
　　量子隐形传态 是利用量子纠缠的原理实现量子比特之间的通信，这里面传递的就不再是经典的比特信息而是量子比特。经典比特不是0就是1，但是量子比特是0和1的一个叠加态，它的大致过程是这样的：先产生一队纠缠粒子A和B，假设A在地球B在火星，然后我想把带有信息的 C粒子发送到火星，我就先同时测量A和C，这样测量之后A和B之间的量子纠缠态就断了，与此同时A和C纠缠到一起了，然后我通过经典通信方式（电话或者QQ）把我对A和C测量的操作告诉B，然后B通过很简单的操作就能在火星上完全复原C粒子的状态。这看上去就是携带了量子比特信息的C无损的从地球传递到了火星。
　　量子隐形传态非常麻烦，现在还处在基础研究的阶段，因为他传递的是量子比特，所以，这应该是未来量子计算机之间通信的主要方式。
　　所以，目前提到的量子通信，主要还是指量子密钥分发，所谓量子通信是否能破译的问题，也主要是密钥分发上的，量子隐形传态这种暂时还没边的事，谈破译破解还太早了一点。而且我在文章一开始就说了，是否能破解主要不是理论的问题，而是技术实现的问题，漏洞也不在理论而在技术实现上。BB84协议干了啥？
　　说简单点，BB84协议是通信双方为了协商一个完全随机不可破译的密钥的过程。传统的密钥按照一定的规律加密，接收方按照一定的规律解密，问题是这种规律是理论上是一定可以被破解的，问题只是破解的难度大小而已，因为只要规律存在，理论上就一定有办法找到。
　　那么，什么样的密钥是完全没办法破解的呢？答案就是完全没有规律的密钥。就像风清扬说的，任何招式你想得再精妙，只要你有招式，别人就可以破解，如果我无招，别人就没法破解了。有人会说你说得简单，完全没有规律的密钥哪里去找？当然是来量子世界里找，量子的状态那可是真正完全随机的，没有测量之前上帝都不知道他是啥样。
　　BB84协议就是使用单个光子偏振不同的方向来代表不同的状态，根据量子不可克隆原理，如果光子在传输过程中被第三方测量过了，那么他的状态就有可能改变。之所以说有可能，是因为大家测量光子的偏振方向是使用偏振片来测量的，如果偏振片的方向刚好跟光子偏振的方向一样，那么光子的状态遍不会发生改变，就好像跟没事发生似的，但是如果偏振片的方向跟光子偏振的方向是相反的，那不好意思，光子的状态就要改变了，这时候接收方就有可能知道有人在监听。
　　就好像你拿一根竹竿，刚好是竖着从门经过，便什么事都没有，如果横着过就死活过不去，但是单个光子具有量子特性，即便是横着也能过去，只不过过去之后状态要改变而已。
　　利用这个特性，通信双方便能协商出一串完全没人监听过，十分安全随机的密钥，然后信息发送方利用这个密钥对要发送的信息进行加密，这样的信息就是绝对安全的。安全隐患在哪里？
　　理论上，我们从上面的分析可知，对于每一个光子，第三方监听者都有50%的概率蒙对，但是考虑到协商密钥的时候一般都会发送很多光子，每加一个光子第三方蒙对的概率就会减半，所以当数量一大的时候这个可以完全忽略不计。之所以提这个是想让大家明白BB84协议并不是绝对安全，但是完全可以认为是绝对安全。
　　理论没问题，问题主要出在技术实现上了。
　　第一个大问题就出现单光子上了。因为BB84协议是利用单个光子不可克隆原理保障其安全性，但是这是一个很理想的环境，一个光子哪有这么好弄？现在都是让一定的激光脉冲衰减很多倍，让他尽量的模拟单光子，但是这里面肯定是有误差的，量子黑客利用这个就可以进行攻击。这种漏洞科学家们可以向办法去补救，比如利用诱骗态量子密钥分发来解决这个问题，但这更多像是微软发布了一个系统补丁，并非从根源解决了问题（找到理想的单光子源），谁知道补丁里又会有什么新的漏洞呢？所以，这里将出现一个双方的攻防战。
　　接下来接收设备也是问题，单光子啊，要相隔几千公里让一个光子成功的被接收器接收到，光想想就知道这难度有多大了。先不考虑黑客，光是光子本身的衰减，自然环境天气变化的种种（因为在自然条件下光子衰减得比光纤里少多了）都让人头疼不已，如果一个人想破坏这个情况那也太容易了，当然，科学家们也不是吃素的。所以，这里又将出现一系列的攻防战，科学家们提出更新的方案，黑客提出更新的攻击方案。
　　……结语
　　追求完美是一种病，不完美的才是真实的人生。再完美的理论，实现起来都会有很多漏洞，绝对的安全依然任重而道远。但是不管怎样，我们还是得感谢量子通信给了人类另一种可能的思考方式。
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　　可以
　　大家一看到＂量子＂，往往就望而生畏。＂量子＂所涉及的相关词汇，个个都是烧脑的理论，甚至还关联了密码学、编码学等等一堆复杂的学科。其实＂量子＂也没有那么晦涩难懂，只是还未飞入平常百姓家而已。
　　量子是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称，指的是一个不可分割的基本个体。比如＂光的量子＂就是光的单位。所以＂量子＂不是具体的实体粒子，它是不可被分割的。
　　在我们没有观察螃蟹时，不会知道螃蟹是横着走的；没有观察大象时，不会知道大象有2只大耳朵一个长鼻子；没有观察地球时，总是会觉得地球时方形的。显然我们认识、生活的世界和螃蟹、大象所认识、生活的世界是完全不一样的，所以宏观和微观是大不相同的。
　　相较于宏观物理世界，量子有很多奇妙的特性，如＂量子叠加＂和＂量子纠缠＂。＂量子叠加＂我们可以通过光的双缝干涉实验来理解：从光源传播出来的相干光子束照射在一块刻有两个狭小缝，会在侦测屏上形成明暗相间的条纹。从这个实验同时可以看出光有波的特性和粒子的特性，即波粒二象性,要不然怎么可能在侦测屏上形成明暗相间的条纹呢？
　　在量子力学中，当两个粒子以某种方式形成一个整体时，两个粒子的性质就成了相互关联的状态，我们只需要观察一个粒子的性质就可以知道另一个粒子的情况，这种现象就叫量子纠缠。奇妙在于量子纠缠的两个粒子无论它们相距多远，它们仍然会保持着这种相互关联的状态。＂量子纠缠＂对于通信具有很重要的影响，这样就可以将物质的未知量子态精确传送到很遥远的地方，而不用传递物质本身。
　　量子通讯首先要确保的是保密，没有办法被别人窃听
　　从很多谍战片我们可以知道保密的重要性，＂密码本＂在普通人的手里是一本平淡无奇的书，但到了需要它的人手里却是加密和解密的工具。
　　比如：A要将1传递给B，但又不想在传递的过程中让其他人知道＂1＂的存在，那么A传递1之前先加上100变成101（加密），这样即使在传递的过程中别人知道了也不会知道具体表示的是什么，B在收到101之后会按照约定减去100变回＂1＂（解密）。
　　量子通信通过量子纠缠效应来进行信息的保密性传输，不必在密码编辑上劳神费力，因为量子通信的密码不是预先规定死的，二十在通信的时候随机产生的。而量子不可克隆原理是进行量子通信的一个重要依据，是指不可能复制一个能够完全复制任意量子比特，而不对原始量子位元产生干扰的系统。量子不可克隆原理也是量子密码学的基石。
　　量子加密通讯有两条传输通道，一条利用电磁波传输经典信息，一条传递纠缠粒子对信息。A和B首先需要对一次收到纠缠光子对进行信号处理，是通过一组随机生成的偏振片，来测试得到一组数据。
　　A和B相互把自己所用的偏振片组通过经典信息途径传递给对方，这样偏振片不相同的数据就会被丢弃，A和B就得到了一组完全相同的信息，并且只有它们自己知道的密钥。
　　总结
　　可见量子通信真的无法破译。正常情况下没有任何密钥是绝对安全的，但量子通信是通过量子纠缠进行信息传递，而不用传递物质本身。而量子的密钥是随机的，本身并不包含任何有效的信息，就算通过经典传输拿到了密钥，也没有办法在不受干扰的情况下复制处于纠缠状态下的＂量子＂。
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　　量子通信是一个全新的领域，涉及到多学科多领域的交叉融合和应用。其中量子通信的加密术，非传统意义的加密术。它的密码是随机产生的，千变万化，每·个密码都是一次性的，边用边废除，且编码毫无规律可循，通信双方通信的密钥也是随机产生的，不需要另外传递，其密钥也是一次性的。最重要的是即使有人窃听会立即知晓。所以，要想破解量子通信的密码现在还没有这个技术。随着科技的发展，今后怎样？我相信魔高一尺，道高一丈。世界没有绝对的东西！
　　量子密钥分发是在两个相距很远的用户之间建立共同的密钥。它的安全性要求通信的双方能够探测到窃听者，并且在误码率较小的时候通过纠错和秘密放大得到任意程度的安全密钥。得到了共同的密钥之后，一方通过某种经典加密手段，如一次一密法，将信息加密得到密文，再通过经典密道将密文发送给另一方。
　　在量子直接安全通信中，在量子信道中直接传输信息，不需要将信息加密成为密文通过经典信道传输。因而，量子直接安全通信具有比量子密钥分发更加严格的安全要求。通信双方除了能够探测到窃听者外，还需要保证在发现窃听者之前所传递的信息不泄露。研究表明，要达到这样的安全性，必须在通信的时候使用块传输，即将一定数量的量子信息的载体成批地由一方传递到另外一方。
　　但是量子态在实际量子信道地传输过程中会受到噪声地影响，这是任何量子通信都必将面临地问题。在量子密码通信中，因噪声的影响而可能泄露的信息可以通过经典的秘密放大处理方法来降低。这种处理虽然导致秘密传输比特率降低，但可以把泄露的信息减少到任意小的程度。
　　但是在量子安全直接通信中这一个问题并不好解决，特别是基于单光子双向运动的物理模型。为了降低噪声的影响，需要对量子态做纯化处理。因此量子直接通信的安全性分析，可允许的误码率等是量子直接安全通信的关键。
　　我们要知道这样一个事实，电路板有很多器件，但决定电话板寿命的确有可能是其中一个价格最便宜的电阻。意思就是说短板效应。不可否认，量子通讯过程由于其独特性，目前无法监视。但讯息在发出之前和接收讯息之后，相关设备还是不可破译么？值得思考
　　通信二字加上了量子是不是会变得很厉害呢？
　　我们先来看一下量子通信的概念
　　量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。
　　在＂十四五＂中，以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术已成为未来国家科技发展的重要领域之一,这三大技术的应用领域广泛。量子通信的重要性可谓不言而喻。量子通信与经典通信
　　光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态（传输）的方式实现信息传递。光量子通信的过程如下：事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量（一种操作），则接收方的粒子瞬间发生坍塌（变化），坍塌（变化）为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌（变化）后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
　　经典通信较光量子通信相比，其安全性和高效性都无法与之相提并论。安全性-量子通信绝不会＂泄密＂，其一体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息；其二，分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子，其中一个粒子的量子态发生变化，另外一方的量子态就会随之立刻变化，并且根据量子理论，宏观的任何观察和干扰，都会立刻改变量子态，引起其坍塌，因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏，并非原有信息。高效性，被传输的未知量子态在被测量之前会处于纠缠态，即同时代表多个状态，例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字， 7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0~127。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式速率的128倍。可以想象如果传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是惊人的。
　　简单一点来说，就是量子加密传输就是每一次传输密文机会有这一次传输所特有的＂密码本＂。
　　量子通信的安全性
　　量子通信从原理上是有绝对的安全性的，这个主要是有量子不可克隆原理和海森堡不确定性关系整两个理论所保证的，简单点说可以这样理解。我们前提说的是量子保密通信，而不是直观理解上的通过量子传输信息的通信。如A和B在通信地时候通过不同态的量子生成密钥，如果你想从中窃取，一定会对其中的密钥的量子态进行测量，当你测量的时候一定会改变这个量子态，使得接收端可以发现，从而丢弃这个量子…所以你无法破译是因为你根本从原理上拿不到密钥。但是这些都是原理上的，在显示情形中很少有人对量子通信进行攻击。
　　是的。量子加密就是利用量子成对纠缠的属性设计的。量子同磁子与光子一样有着神奇的属性，无处不在，单个极其小，靠量大且同质发挥作用，电子兼容了它们的部分属性。量子纠缠态，波粒二象性的说明，靠引力波联系，如同人站在镜子面前，一实一虚的存在。如要破译，必须要复制，因此虚实成对的属性不变，第三方失去联系信息中断，所以不可破译。
　　王