在科幻小說《星際旅行》中，星球戰士可以在某一地點突然消失，而瞬間之後卻出現在遙遠的另一地點。那麽(me) ，現實生活中是否存在某種手段，可以把某一客體(ti) 以最快捷的方式輸送到遙遠的另一地點呢？如果有，那是一種什麽(me) 樣的手段呢？量子信息學研究，正是實現這種“遠程傳(chuan) 送”幻想前的最腳踏實地的基礎理論與(yu) 實驗研究——要想實現遠程瞬間傳(chuan) 送，必須找到相距遙遠的兩(liang) 個(ge) 客體(ti) 之間的感應狀態以及信息隱性傳(chuan) 輸的方式。這一研究，首先必須從(cong) 微觀世界的分子、原子、粒子層麵做起。在微觀世界裏，存在著一種“量子糾纏”現象，即不論兩(liang) 個(ge) 粒子間的距離多遠，一個(ge) 粒子的任何變化都會(hui) 影響到另一個(ge) 粒子，讓另一個(ge) 粒子獲得“感應”，這種現象也被愛因斯坦稱為(wei) “遙遠地點間幽靈般的相互作用”。於(yu) 是，“多粒子糾纏態的製備與(yu) 操縱”成為(wei) 近年來國際上量子物理與(yu) 量子信息研究領域的熱點。

       量子信息傳(chuan) 輸的遠景意義(yi) 還不僅(jin) 在於(yu) 星際旅行，它對研製功能強大的超級計算機和實現‘萬(wan) 無一失’的通信保密係統，也具有非常誘人的應用前景。

       現在的信息時代，研究量子計算機帶來最大的好處就是用同樣速度計算機來化解400位自然數的話，用世界最快的計算機要算100億(yi) 年，如果量子計算機研製出來隻要算一分鍾。所以這會(hui) 給我們(men) 的信息帶來新的革命。

       量子密碼術是密碼術與(yu) 量子力學結合的產(chan) 物，它利用了係統所具有的量子性質。首先想到將量子物理用於(yu) 密碼術的是美國科學家威斯納。威斯納於(yu) 1970年提出，可利用單量子態製造不可偽(wei) 造的“電子鈔票”。但這個(ge) 設想的實現需要長時間保存單量子態，不太現實。貝內(nei) 特和布拉薩德在研究中發現，單量子態雖然不好保存但可用於(yu) 傳(chuan) 輸信息。1984年，貝內(nei) 特和布拉薩德提出了第一個(ge) 量子密碼術方案，稱為(wei) BB84方案，由此迎來了量子密碼術的新時期。1992年，貝內(nei) 特又提出一種更簡單，但效率減半的方案，即B92方案。量子密碼術並不用於(yu) 傳(chuan) 輸密文，而是用於(yu) 建立、傳(chuan) 輸密碼本。根據量子力學的不確定性原理以及量子不可克隆定理，任何竊聽者的存在都會(hui) 被發現，從(cong) 而保證密碼本的絕對安全，也就保證了加密信息的絕對安全。最初的量子密碼通信利用的都是光子的偏振特性，目前主流的實驗方案則用光子的相位特性進行編碼。目前，在量子密碼術實驗研究上進展最快的國家為(wei) 英國、瑞士和美國、中國。英國國防研究部於(yu) 1993年首先在光纖中實現了基於(yu) BB84方案的相位編碼量子密鑰分發，光纖傳(chuan) 輸長度為(wei) 10公裏。這項研究後來轉到英國通訊實驗室進行，到1995年，經多方改進，在30公裏長的光纖傳(chuan) 輸中成功實現了量子密鑰分發。與(yu) 偏振編碼相比，相位編碼的好處是對光的偏振態要求不那麽(me) 苛刻。在長距離的光纖傳(chuan) 輸中，光的偏振性會(hui) 退化，造成誤碼率的增加。然而，瑞士日內(nei) 瓦大學1993年基於(yu) BB84方案的偏振編碼方案，在1.1公裏長的光纖中傳(chuan) 輸1.3微米波長的光子，誤碼率僅(jin) 為(wei) 0.54％，並於(yu) 1995年在日內(nei) 瓦湖底鋪設的23公裏長民用光通信光纜中進行了實地表演，誤碼率為(wei) 3.4％。1997年，他們(men) 利用法拉第鏡消除了光纖中的雙折射等影響因素，使得係統的穩定性和使用的方便性大大提高，被稱為(wei) “即插即用”的量子密碼方案。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室，創造了目前光纖中量子密碼通信距離的新紀錄。他們(men) 采用類似英國的實驗裝置，通過先進的電子手段，以B92方案成功地在長達48公裏的地下光纜中傳(chuan) 送量子密鑰，同時他們(men) 在自由空間裏也獲得了成功。1999年，瑞典和日本合作，在光纖中成功地進行了40公裏的量子密碼通信實驗。在中國，中科院物理所於(yu) 1995年以BB84方案在國內(nei) 首次做了演示性實驗，華東(dong) 師範大學用B92方案做了實驗，但也是在距離較短的自由空間裏進行的。1997年，中國科大潘建偉(wei) 在世界上首次成功地實現了量子態隱形傳(chuan) 送。2000年，中科院物理所與(yu) 研究生院合作，在850納米的單模光纖中完成了1.1公裏的量子密碼通信演示性實驗。2003年中國科大潘建偉(wei) 在世界上首次成功實現了自由量子態隱形傳(chuan) 輸以及糾纏交換；首次實現了未來長程量子通訊的關(guan) 鍵器件——糾纏態等很多理論和實踐上的突破,在多光子糾纏操縱方麵在國際上處於(yu) 領先地位。2005年底，中國科大郭光燦等在國際上首次解決(jue) 了量子密鑰分配過程的穩定性問題，經由實際通信光路實現了125公裏單向量子密鑰分配，成為(wei) 迄今國際上公開報道的最長距離的實用光纖量子密碼係統。

       量子力學的研究進展導致了新興(xing) 交叉學科——量子信息學的誕生，為(wei) 信息科學展示了美好的前景。人類在20世紀能夠精確地操控航天飛機和搬動單個(ge) 原子，但卻未能掌握操控量子態的有效方法。在21世紀，人類應積極致力於(yu) 量子技術的開發，推動科學和技術更迅速地發展。