量子安全直接通信是一种新的量子通信方式吗？| 量子科技问与答

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最近我关注到一些关于量子安全直接通信的报道，请问这是一种新的量子通信方式吗？

答：不是的。所谓的“量子安全直接通信”声称用量子态直接安全地传送经典信息。然而这并不是什么新的想法，事实上早在上世纪就已被国际学术界淘汰，只是后来被一些人重提并误以为是新的发现。

量子通信包括量子密钥分发、量子隐形传态、量子密集编码等应用，基于量子密钥分发的量子保密通信是最先进入实用化阶段的量子通信技术，因此，当前人们通常所说的实用化量子通信即是指量子保密通信。

量子密钥分发协议最先由沃尔夫物理学奖和科学突破奖获得者Charles Bennett和Gilles Brassard于上世纪80年代提出，其革命性思想是利用量子态增强信息传输的保密性，因为窃听必然会扰动量子态而留下痕迹。

在Bennett和Brassard最初的设想，就是用量子态直接传送经典信息[1]。然而，由于明显存在的诸多弊端，这一设想并未被学术界接受。例如，如果直接将信息加载到量子态上传输和读取，由于量子态非常脆弱，即便是在没有窃听的情况下，信息在传输过程中的丢失就是一个相当棘手的问题；更何况还必须额外引入复杂的信道检测手段来保证量子态没有被窃听，等等。

Bennett和Brassard后来对他们的原始方案做了重要改进：不用费事去将信息本身加载到量子态上，而只用量子态产生共享密钥，再用密钥对信息进行加密传输。这就是1984年提出的BB84协议[2]。量子态的特性可以确保密钥的安全性，而用密钥对信息进行加密传输，是已经成熟且被广泛使用的经典信息安全技术，因此整个量子保密通信的过程大为简化，效率大为提高。正是由于抛弃了把信息本身加载到量子态上传送这一设想而改为只用量子态来传送密钥，量子保密通信才变得具有现实意义，成为最先进入实用化阶段的量子信息技术。

从上世纪九十年代到本世纪初，一些国外学者再次提出了用量子态直接传输经典信息的方法[3,4]，但上述学者在这以后并没有继续这方面的工作。此后，国内学者开始跟进[5,6]，虽然具体形式与之前国外学者的方案有所不同，但与量子保密通信相比，都存在效率低、成本高、有安全缺陷等缺点。

据统计，过去10年来在Nature、Science、Nature Physics、Nature Photonics、Physical Review Letters和Physical Review X这几个高端国际学术期刊上发表的论文中，主题词为“量子密钥分发”的论文有140余篇；而主题为“量子安全直接通信”的论文近10年仅有1篇。

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参考文献：

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[1] G. Brassard, Brief History of Quantum Cryptography: A Personal Perspective, Proceedings of IEEE Information Theory Workshop on Theory and Practice in Information Theoretic Security, Awaji Island, Japan, pp. 19-23, 2005.

[2] C. H. Bennett and G. Brassard, in Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing pp. 175-179 (1984).

[3] L. Goldenberg and L. Vaidman, Phys. Rev. Lett. 75, 1239 (1995).

[4] A. Beige et al., Acta Phys. Pol. A 101, 357 (2002); 101, 901 (2002).

[5] F. -G. Deng, G. -L. Long, and X. -S. Liu, Phys. Rev. A 68, 042317 (2003).

[6] F. -G. Deng and G. -L. Long, Phys. Rev. A 69, 052319 (2004).