基本簡介
量子通訊系統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子測量裝置。按其所傳輸的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用於量子密鑰的傳輸，後者則可用於量子隱形傳態和量子糾纏的分發。所謂隱形傳送指的是脫離實物的一種“完全”的信息傳送。從物理學角度，可以這樣來想像隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然後將這些信息傳送到接收地點，接收者依據這些信息，選取與構成原物完全相同的基本單元，製造出原物完美的複製品。但是，量子力學的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個複製品不可能是完美的。因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
1993年，6位來自不同國家的科學家，提出了利用經典與量子相結合的方法實現量子隱形傳態的方案：將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個子製備到該量子態上，
量子通訊在這個方案中，糾纏態的非定域性起著至關重要的作用。量子力學是非定域的理論，這一點已被違背貝爾不等式的實驗結果所證實，因此，量子力學展現出許多反直觀的效應。在量子力學中能夠以這樣的方式製備兩個粒子態，在它們之間的關聯不能被經典地解釋，這樣的態稱為糾纏態，量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間的非定域非經典的關聯。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。
量子通訊國際上許多研究小組都在對這一課題進行研究，並提出了一系列量子糾纏態純化的理論方案，但是沒有一個是能用現有技術實現的。最近潘建偉等人發現了利用現有技術在實驗上是可行的量子糾纏態純化的理論方案，原則上解決了目前在遠距離量子通信中的根本問題。這項研究成果受到國際科學界的高度評價，被稱為“遠距離量子通信研究的一個飛躍”。
研究突破
據《新科學家》雜誌等媒體綜合報導，一支義大利和奧地利科學家小組宣布，他們首次識別出從地球上空1500公里處的人造衛星上反彈回地球的單批光子，實現了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。這一突破標明在太空和地球之間可以構建安全的量子通道來傳輸信息，用於全球通信。此研究成果即將發表在《新物理學雜誌》（New Journal of Physics）上。
義大利帕多瓦大學的保羅·維羅來斯和愷莎爾·巴伯利領導此研究小組，成功地利用義大利名為馬泰拉（Matera）雷射測距天文台的1.5米望遠鏡向地球上空1500公里處的日本阿吉沙（Ajisai）人造衛星發射出光子並讓此衛星將這些光子反彈回到了原始出發地。這標誌著無法偷聽的量子編碼通信可望通過人造衛星來實現。此訊息將會大受全球通信公司和銀行的歡迎。
2007年6月，一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組在量子通訊研究中通過創下了
量子通訊為證實地面能觀測到從軌道衛星上傳送回來的光子，此研究小組從義大利馬泰拉（Matera）雷射測距天文台的望遠鏡向阿吉沙（Ajisai）人造衛星發射出一束普通的雷射。阿吉沙（Ajisai）人造衛星由318面鏡片組成，從精確的鏡片上反彈回來的單批光子成功地回到了此天文台。
參與此項研究的奧地利維也納的量子光學和量子信息研究所著名量子物理學家安頓·宰林格（Anton Zeilinger）認為太空至地球的量子通信是一項可行技術。宰林格正在打造一個人造衛星，用於產生糾纏光子，接收信息並對信息編碼，之後再將編碼的信息反射回來，以建立全球量子通訊網路。
量子通訊是利用了光子等粒子的量子糾纏原理。量子通訊學告訴人們，在微觀世界裡，不論兩個粒子間距離多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子的現象叫量子糾纏，這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。科學家認為，這是一種“神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統的基礎。
量子通訊是經典資訊理論和量子力學相結合的一門新興交叉學科，與目前成熟的通信技術相比，量子通訊具有巨大的優越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸等特點。量子通訊不僅在軍事、國防等領域具有重要的作用，而且會極大地促進國民經濟的發展。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學基金會、國防高級研究計畫局都對此項目進行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力於量子通訊的研究，研究項目多達12個。日本郵政省把量子通訊作為21世紀的戰略項目。
中國研究
中國科技大學合肥微尺度物質科學國家實驗室的潘建偉教授及其同事，利用冷原子量子存儲技術在國際上首次實現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連線的兩個冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出並轉化為光子糾纏以進行進一步的傳輸和量子操作。該實驗成果完美地實現了長程量子通信中亟需的“量子中繼器”，向未來廣域量子通信網路的最終實現邁出了堅實的一步。
類比於傳統的電子通訊中為了補償通訊號衰減而進行整形和放大的電子中繼器，
量子通訊為了解決上述困難，潘建偉、陳增兵和趙博等在理論上提出了具有存儲功能、並且對信道長度抖動不敏感、誤碼率低的高效率量子中繼器方案。同時，潘建偉研究小組與德國、奧地利的科學家經過多年的合作研究，在逐步實現了光子—原子糾纏、光子比特到原子比特的量子隱形傳態等重要階段性成果的基礎上，最終實驗實現了完整的量子中繼器基本單元。由於量子中繼器實驗實現在量子信息研究中的重要意義。
中國套用
作為新一代通信技術，量子通信基於量子信息傳輸的高效和絕對安全性，成為近年來國際科研競爭中的焦點領域之一。合肥城域量子通信試驗示範網於2010年7月啟動建設，投入經費6000多萬元。經過中國科學技術大學和安徽量子通信技術有限公司科研人員歷時1年多的努力，項目建成後試運行，各項功能、指標均達到設計要求。該項目2012年3月29日通過安徽省科技廳組織的專家組驗收，30日正式投入使用。具有46個節點的量子通信網覆蓋合肥市主城區，使用光纖約1700公里，通過6個接入交換和集控站，連線40組“量子電話”用戶和16組“量子視頻”用戶。目前主要用戶為對信息安全要求較高的政府機關、金融機構、醫療機構、軍工企業及科研院所，如合肥市公安局、合肥市應急指揮中心、中國科技大學、合肥第三人民醫院及部分銀行網點等。
合肥量子通信網的建成使用，標誌著我國繼量子信息基礎研究躋身全球一流水平後，在量子信息先期產業化競爭中也邁出了重要一步。目前，我國北京、濟南、烏魯木齊等城市的城域量子通信網也在建設之中，未來這些城市將通過量子衛星等方式聯接，形成我國的廣域量子通信體系。近年來，隨著以科大國盾量子系列產品為代表的量子通信基礎設備日臻成熟，一批面向套用平台開發並致力於探索商業化推廣量子安全通信服務的企業不斷湧現，神州量子、中經量通、中創為、九州量子、基點量子等就是這樣的開拓者。
中國是世界上率先把量子通信產業化的國家，據了解，量子通信不僅可以用於軍事、國防等領域的國家級保密通信，還可以用於涉及秘密數據、企業機密、包括政府金融、電信、保險、證券、銀行、工商、財政等領域和部門，而如果技術又正好成熟，未來套用市場前景將異常廣闊。
我國科學家潘建偉等人近期在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發，為發射全球首顆“量子通訊衛星”奠定技術基礎。
量子信息因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為可能是下一代ＩＴ技術的支撐性研究，並成為全球物理學研究的前沿與焦點領域。基於我國近１０年來在量子糾纏態、糾錯、存儲等核心領域的系列前沿性突破，中科院於２０１１年啟動了空間科學戰略性先導科技專項，力爭在２０１５年左右發射全球首顆“量子通訊衛星”。
中國科學技術大學教授潘建偉、彭承志、陳宇翱等人，與中科院上海技術物理研究所王建宇、光電技術研究所黃永梅等組成聯合團隊，於２０１１年１０月在青海湖首次成功實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。實驗證明，無論是從地面指向衛星的上行量子隱形傳態，還是衛星指向兩個地面站的下行雙通道量子糾纏分發均可行，為基於衛星的廣域量子通信和大尺度量子力學原理檢驗奠定了技術基礎。
“在高損耗的地面成功傳輸１００公里，意味著在低損耗的太空傳輸距離將能達到１０００公里以上，基本上解決了量子通訊衛星的遠距離信息傳輸問題。”研究組成員彭承志介紹說，量子通訊衛星核心技術的突破，也表明未來構建全球量子通信網路具備技術可行性。
發展史
1993年，C.H.Bennett提出了量子通訊的概念;同年，6位來自不同國家的科學家，提出了利用經典與量子相結合的方法實現量子隱形傳送的方案：將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個粒子製備到該量子態上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。經典信息是傳送者對原物進行某種測量而獲得的，量子信息是傳送者在測量中未提取的其餘信息；接收者在獲得這兩種信息後，就可以製備出原物量子態的完全複製品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態，而不是原物本身。傳送者甚至可以對這個量子態一無所知，而接收者是將別的粒子處於原物的量子態上。在這個方案中，糾纏態的非定域性起著至關重要的作用。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。
1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。這是國際上首次在實驗上成功地將一個量子態從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實驗中傳輸的只是表達量子信息的“狀態”，作為信息載體的光子本身並不被傳輸。
以實驗駁倒愛因斯坦
在2008年8月14日出版的最新一期《自然》雜誌上，瑞士的5位科學家公布了他們的這項最新研究成果。瑞士科學家表示，原子、電子以及宇宙空間其他所有的微觀物質都可能會表現出異常奇怪的行為，其行為規律可能與我們日常生活中傳統的科學規律完全背道而馳。比如，物體可以同時存在於兩個或多個場所；可以同時以相反的方向鏇轉。這種現象也許只有通過量子物理學來解釋。量子物理學認為，任何事物之間都可能存著某種特定的聯繫。發生於某一物體之上的事件，可能同時對其他物體也會產生影響。這種現象稱為“量子糾纏”。不管物體之間的距離有多遠，同樣存在“量子糾纏”的關係。
愛因斯坦堅決反對“量子糾纏”理論，甚至將其戲稱為“遙遠的鬼魅行為”。根據量子力學理論的描述，兩個處於糾纏態的粒子無論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態。幾十年來，物理學家試圖驗證這種神奇特性是否真實，以及決定它的幕後原因。其實，我們可以運用形象化的說明來解釋這種現象。被糾纏的物體釋放出某種不明粒子或其他形式的高速信號，從而對其夥伴產生影響。此前，已有實驗證實傳統物理學領域中某種隱藏信號的存在，從而打消了人們對於這種隱藏信號的種種疑問。但是，仍然有一個奇怪的可能性沒有得到證實，即這種未知信號的傳輸速率可能會比光速還要高。
為了證實這種可能性，瑞士科學家開始著手對一對相互糾纏的光子進行實驗研究。首先，研究人員們將光子對拆散；然後，通過由瑞士電信公司提供的光纖向兩個村莊接收站進行傳送，接收站之間相距大約18公里。沿途光子會經過特殊設計的探測器，因此研究人員能夠隨時確定它們從出發到終點的“顏色”。最終，接收站證實每對相互糾纏的光子被分開傳送到接收站後，兩者之間仍然存在糾纏關係。通過對其中一個光子的分析，科學家可以預測另一光子的特徵。在實驗中，任何隱藏信號從此接收站傳送到彼接收站，僅僅需要一百萬兆分之一秒。這一傳輸速率保證了接收站能夠準確地檢測到光子。由此可以推測任何未知信號的傳輸速率至少是光速的10000倍。
而愛因斯坦不僅不接受“量子糾纏”的思想，並且還堅持認為不可能存在比光速還要快的信號，任何比光速快的“鬼魅似的遠距作用”都是不可思議的。根據1905年出版的愛因斯坦的相對論，他認為沒有物體的運動速度能夠超過光速。愛因斯坦解釋說，光速屬於自然界的一個基本常數：對於空間內所有的觀察者來說，光速都是一樣的。同樣是愛因斯坦的相對論解釋說，當物體加速時，物體本身的質量增加，而加速需要能量。隨著物體質量的增加，維持速度所需的能量也更多。當物體以接近光速運行時，愛因斯坦經過計算說，它的質量將達到無限大，所以要使得物體繼續運行的能量也要無限大，而要超過這一極限是不可能的。
而科學家們從實驗中得到的結論，既可以反駁愛因斯坦的“錯誤”觀點，也可以用來解釋同一事物同時出現在不同地點這一奇異現象。愛因斯坦都無法解釋的奇怪行為，正是量子物理學和量子通訊的魅力之處。
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世界首顆量子科學實驗衛星將於本月中下旬擇機在酒泉衛星發射中心發射升空。目前，這顆衛星發射前準備工作已經基本完成。量子科學實驗衛星系統總師朱振才表示，衛星各項指標都達到了設計要求，工作狀態正常，產品狀態非常好。
從量子科學實驗衛星7月初運抵酒泉衛星發射中心後，相關部門對衛星開展了為期20餘天的技術區測試與檢查工作，包括衛星的光學性能、電性能以及安裝精度的檢查，為衛星供電的太陽能陣帆板也已經安裝完畢。
作為世界首顆量子科學實驗衛星，其科技含量及精密程度都達到了該研究領域前所未有的高度。因此，衛星載荷的安全性極其重要，在衛星發射當天，系統工作人員還將對其進行最後的檢測和狀態設定的確認。
執行量子科學實驗衛星發射任務的零號指揮員馮醜明介紹，除了這次衛星發射任務，下半年發射場還要執行天宮二號、神舟十一號飛行任務，發射任務非常集中，人員和地面設施的壓力都較大。為保證量子科學實驗衛星發射任務順利完成，發射場已經做足了充分準備。
