量子通信这些年在研究领域非常热门，其中很重要的一个原因在于大家对信息安全的担心。这一点符合我们前面几讲所说的标准：经济价值和市场巨大。
虽然信息安全的问题自古有之，但是过去这个问题并不太受到我们的重视。随着信息量的增加，通信的频繁，以及我们对信息依赖程度的增加，我们逐渐意识到问题的严重性。
特别是近年来，不法分子疯狂盗取个人信息，给大家带来了不少麻烦，于是人们对信息安全的需求就感到越来越重要，什么信息都希望加密。
今天，其实基于公开密钥的加密方式，基本上满足了大家保密的需求，但是它远非完美。因为当计算机速度足够快时，还是可以破译的。
从保密的时效性和破译的速度来看，今天的加密也只是有限时间内的保密，如果计算机的速度提高一百万倍（这件事不是做不到），我们今天觉得安全的加密，可能就变得不安全了。
因此，大家就在想，能不能有一个一劳永逸的方法，保证绝对的信息安全。这个问题如果换一种问法，就是：是否存在一种密码，从理论上讲是无法破译的呢？
其实信息论的发明人香农早就指出了，终极答案就是：一次性密码，这从理论上讲永远是安全的。
但这里面又产生了一个新的问题，那就是对信息进行加密的密码本身，如何送达给接收方？如果密码本身的传输出了问题，加密就无从谈起了。在过去，这个问题无法解决，因此人们也就不考虑这种通信的可能性了，直到量子通信的设想被提出。
量子通信的概念来自于量子力学中的量子纠缠，也就是一对纠缠的粒子，其中一个状态改变时，另一个状态也会改变。因此利用这种特性可以进行信息的传播。
量子纠缠这件事本身虽然在实验中被证实了，但是离应用其实还相差很远。而今天所说的量子通信实际上是另一回事，它只是为了便于大家理解，借用了量子纠缠这个概念。
今天所说的量子通信，实际上是一种特殊的激光通信。在这种通信中，首先是要利用光子的一些量子特性（光子就是组成光的粒子），具体讲是偏振的特性，来传递一次性加密的密码。那么这件事是怎样完成的呢？我们先从光的偏振这件事说起。
我们知道光其实是一种电磁波，一束光实际上就是一个和传播方向垂直的波，比如光是从东向西前进，光波在前进时，会做上下振动，或者左右振动，总之振动的方向和前进的方向垂直。
如果你用一块有很小缝隙的板拦住这束光，一旦这个缝隙正好和光波振动的方向一致，那么它就通过了，如果缝隙和光波振动的方向垂直，那么它就给拦住了，这就是光的偏振特性。
你可以从这张图看出，纵向振动的光穿过了光栅，横着的就给挡住了。你可以把这个光栅想象成一面栅栏。
爱摄影的人有这样的经验，如果你在镜头前面安了一个偏振镜的滤光片，转动它，就可以把一些镜头上的反光过滤掉，就是这个原理。
如果我们能够在发送端调整光的振动方向，让它要么水平、要么垂直，那么我们相应地在接收端通过一个水平的（或者垂直的）偏振滤光镜，就能检测到它们。水平的代表信息0，垂直的代表信息1。
下面这张图，左边蓝色的“十字”就是垂直和水平过滤的方向。
但是，如果我们把接收端的滤镜倾斜45度放，也就是像右图中红色的交叉十字那样45度角斜着，会发生什么呢？也就是说，光线的振动方向和最后的光栅（就是那个起过滤作用的栅栏）既不垂直，也不水平，怎么办呢？光还能过去吗？
事实是，光还是能通过的，只不过有的是按照45度，有的是按照135度通过的，检测出来的信号就很随机。此时，如果我们定义45度倾斜的光是1，135度倾斜的光是0，那么斜着的光栅就可以检测出这组信号了。
关键是，作为信号源，量子通信卫星每次发出的光子，都有0度和90度，或者45度和135度两组情况，而作为信号接收端，通过光栅，也就是你的滤镜如果摆放出和信号源一致的方向，就会接收到正确的信号，或者说接收方得到的信息正确率为100%。
如果摆放方向不一样，就会收到随机的信号，它有一半的情况会得到正确的信息，另一半则猜错了。这样平均算下来，如果接收端不知道发送端发送的光子是按照哪一种角度振动的，接收方只能接收到3/4的正确信号。也就是说接收端的错误率是1/4，也就是25%，这是怎么算的呢？50%x 50%=25%，第一个50%是选错接收光栅方向的概率，第二个50%是因为结果非0即1，所以是50%的错误率。
好，这是两方一发一收的正确率，如果接收方接收一次后再按照接收的信息原封不动地发送给第三方，也就是经过两次接收，那就只有3/4 x 3/4≈55%左右的信号和原先的一致了。转发的次数越多，和原先信息的一致性就越差。因此，要是有第三个人，窃听后再发出去，那么错误率就会提升。
利用这个特性，就可以分步骤完成密钥的分发，这个过程也被称为“量子密钥分发”（quantum key distribution，QKD）。它的原理可能有点难以理解，我用下面这个例子帮你完整地再解释一下。
我们假定张三要给李四寄一个密码本，李四收到后要根据约定拍一个快照送给张三。但是照相机的设定是只能保证3/4的内容和原来照片的一致，1/4的内容是错的。如果密码本安全寄到，张三对照一下发现大约有3/4的内容和自己发送的一致，就知道密码本没有问题了。
当然，由于错了1/4，而张三知道是怎么错的，因为他有原文件，因此他可以告诉李四哪些信息是对的，哪些错了，错了就丢弃掉，留下对的那串字符，这就形成了两个人约定的密码。双方使用这个密码进行一次通信，通信后密码就不再使用了。因此即便将来别人能够破译这个密码，也没有用。
如果张三在寄密码本的过程中间被王麻子截获了，这时王麻子得到的密码本只有3／4和原来是一致的。王麻子把截获的只有3／4正确内容的密码本又发给了李四，李四再照张相，这下子只有大约一半和原来一致了。当李四把他照的相发给张三确认时，张三发现怎么错了那么多，说明中间被截获了。于是他们就中断通信。
当然，张三给李四寄的不是信，而是带有偏振信息的光子。光子是一个不可再分的基本粒子，接收一次，原来的状态就消失了。因此，偷听者不可能把偷听到的内容复制一份发给接收者。这也是为什么必须将这种基于偏振光特性的通信方式建立在（光）量子基础上的原因。
上面这种想法，最初是由本内特（Charles Bennett）和波拉萨德（Gilles Brassard）在1984年提出的，因此也被称为“BB84协议”。“BB”是他们姓氏的首字母。这个协议并不复杂，但是通过光通信把它实现了，并不容易。
光子在空气中游走时，偏振方向很容易受到干扰，所以各国科学家都在努力打造通过卫星来运行的量子密码系统。从2001年开始，美国、欧盟、瑞士、日本和中国先后开始了量子通信的研究。通信的距离也从早期的10公里左右发展到今天的1000多公里。
不过，要想进行长距离高速度的通信，还有很长的路要走。此外，目前这种光通信完全没有考虑传输率，因此它离应用至少还有10年甚至更长的时间。
需要指出的是，即使采用了量子通信，也不能说完全解决了通信中的信息安全问题。比如，如果通信卫星真的被“骇客”了，或者通信的光纤在半途被破坏了，虽然通信的双方知道有人在偷听，能够中断通信，不丢失保密信息。但是，它并不能保证正常的信息永远能送出去，就如同情报机关虽然抓不到对方的信使，却能把对方围堵在家里，不让消息发出。
但不管怎样，量子通信还是给加密通信带来了一种新的选择。(吴军。科技史纲60讲)
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