前言：闪捷信息作为业界首个推出量子加密技术应用的数据安全供应商，致力于量子技术在数据安全领域的实践应用。基于多年技术积累，闪捷信息现推出系列专题，从量子的概念和起源讲起，揭秘量子加密技术的前世今生。

“量子”从一个科学概念，近年来逐渐走进了大众的视野，量子技术的发展和应用，受到了广泛的关注。

国际上，量子信息领域的角逐十分激烈：

• 2018年美国加快推进“国家量子计划”法案立法进程，目标是建立一个全面的、协调一致的国家政策，更好地支持量子研究和量子技术的发展。
• 欧盟加快实施量子技术旗舰计划，并发布了报告《Supporting Quantum Technologies beyond H2020》，提出“要统一部署建立服务于量子技术的基础设施，包括量子通信地面网络和量子卫星”，目标是建设覆盖全球的量子互联网。
• 意大利、英国、韩国、俄罗斯等国家迅速启动了量子通信工程，一些干线网络也已经初步建成。

而中国在量子技术部分领域的应用也走在了世界的前列：

• 2016年8月16日，全球首颗量子通信实验卫星“墨子号”发射升空。
• 2019年1月31日，中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖(Newcomb Cleveland Prize)，这是该奖设立90余年来，中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。
• 2017年9月29日,中国科学院举行新闻发布会，宣布世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通，进入商用阶段。

但究竟什么是量子？这个让人迷惑的科学理论离我们是不是仍然很遥远？

量子≠实体粒子

听到量子，是否会第一时间想到质子、中子、电子？但量子并不是指某个实体粒子，它是一个物理量最小的不可分割的基本单位，是一个数学概念。按物理运动规律的不同，将遵从经典运动规律（牛顿力学，电磁场理论）的物质所构成的世界称为“经典世界”，而将遵从量子力学规律的物质所构成的世界称为“量子世界”。“量子”就是遵循量子规律世界的总称，它既可以是光子、电子、原子、原子核、基本粒子等微观粒子，也可以是符合玻色-爱因斯坦凝聚、超导体等宏观尺度下的量子系统。

量子化概念

普朗克于1900年首次提出了量子概念，假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象。量子理论由此诞生。

量子是离散变化的最小单元。就如上楼梯，我们是一级、两级……往上走，不存在“半级”这种中间状态。又如老师点名，可以数出班里来了多少位同学，但不会有“半个同学”这种情况。这就是量子化的概念。

量子具有不确定性

在微观尺度下，量子效应表现出不同于经典物理的特殊现象。中学物理学到的波粒二象性：光子既是一种粒子，又是一种波，会产生衍射效应，通过双缝衍射实验能够证实。单光子通过缝隙会出现在哪里，是概率性的、不确定的。这区别与经典物理世界：状态是确定的、可预测的。

不确定性原理告诉我们：不可能同时知道一个粒子的位置和速度。首先，测量行为将会不可避免地扰乱被测量的事物，从而改变它的状态；其次，因为量子世界不是具体的，是基于概率的，精确确定一个粒子状态存在根本的限制。

当我们测量一个量子对象时，会发生什么呢？波粒二象性表现在空间分布和动量都是以一定概率存在的，这被称为波函数。当我们用物理方式对其进行测量时，物质随机呈现一个单一结果，这就是“波函数坍缩”。好比一个姑娘是冷漠、热情的叠加态，当你展开追求的时候，她却表现出单一状态：冷漠拒绝，或者热情回应。

量子纠缠

爱因斯坦不喜欢这个不确定的量子，为了反驳这个理论，他从量子原理推导出了一个“不可能的结论”——量子纠缠，一旦两个粒子存在纠缠，它们之间自旋态相干，与粒子之间的距离无关，与空间环境无关，任何电磁屏蔽、引力屏蔽等都无法斩断这种内禀关联，这被认为是不可能的事情。

但后来却从实验证实了：这是量子的一种特性，确实存在。就如一位母亲，女儿在美国生了孩子，她自动升级为外婆——无论相隔多远，无论她有没有得到消息。

量子的各种特性使其看起来奇异，但并不是那么神秘，也并不遥远，我们身边就有很多量子力学的技术应用，推动了科学的进步和社会的发展。

而量子科学的现实应用有哪些？

请看下期《量子加密的前世今生》。