我们如何通过量子的不可测量来分发秘钥？我们接着举例，同时也接近事实

如上图，

1、定义两种圆盘，即A型0°和90°， B型（45°和135°），

2、定义量子比特，0°和45°代表比特位0， 90°和135°代表比特位1

即每一组圆盘中都有两个孔，如果通过了量子，都能代表0或者1．

通信过程举例：发送4个量子

1、发送者随机使用 ABBB 圆盘让量子通过（ABBB是随机选择的）

发现量子的方向为90°、45°、135°、45°，即1010

2、接受者随机使用 BABB（随机选择） 圆盘让量子通过即x？°、x？°、135°、45°。由于前两个圆盘A和B用的不一致，造成量子状态改变，所以A和B约定圆盘不一致的测量作废。那怎么知道他们用的圆盘是否一致，接受者直接使用传统的通信方式（非加密）告诉发送者即可。不用担心泄密，因为每个圆盘都有两个孔，并没有让窃听者知道从哪个孔下去的，代表0还是1．

3、这样我们知道发送者ABBB，接受者使用BABB，只有后两个圆盘一致，只取后两个数，后两个数发送者和接受者都知道是10，秘钥发送完毕。

这时候，你会说，有人窃听秘钥怎么办？

参考上图，看看我们是如何抓贼的。

由于发送者和接受者，只选择相同的圆盘通过的球角度作为有效传输的信息。那么我们就要知道这些有效的比特是否被窃听者观测过，即中间是否有窃听者的圆盘。

想一下，用概率计算就是：窃听者有1／2概率用错圆盘，只要窃听者用错了圆盘，量子就会改变角度，如上图，从90°变成45°或者135°。量子就有1／2的概率从不同于发送者的孔通过。那么发送者和接受者收到的信息就不一致。这个不一致也叫做误码。如果窃听者使用了圆盘窃听，那么不一致的概率是1／2 × 1／2 ＝ 1／4。我们必须要保障误码率为0。

所以为了知道有没有窃听，发送者和接受者决定公布一小段信息，让收发双方核对。这是第二次公布信息，如果公布的信息双方有不一致的位，那么就有人窃听，就会终止加密传输。你会问，公布了一段信息，那不就不安全了吗？没关系，比如我们想传递一个128位的秘钥，我们传递160位，然后公布32位用于判断是否有窃听即可。

这一套抓贼方案，也叫做BB84协议，是不是非常巧妙。

既然可以通过这么巧妙的协议就可以打造绝对安全的秘钥通信，那么为什么量子秘钥只有近几年才火起来，并且只有中国做的比较好呢？

刚才提到只有满足单光量子以及不可测量两个条件才能保障安全。但在应用场景中，科学家们也很难高效的制造出单光量子。并且在长距离传输过程，还会有损耗。光量子在光纤中超过20公里可能就损耗掉了。所以目前只能以光脉冲的形式随机发送，有时候是单光量子，有时候是多个光量子。这就又给窃听者带来了机会。窃听者可以在遇到单光子时拦截下来不让通过，在遇到多个光子时拿走一个，让其余的光子通过。通信双方难以分辨光子的减少是来自窃听还是来自信道的自然损耗。

2003－2005年，韩国科学家黄元瑛（Hwang W． Y．）和中国科学家王向斌、罗开广等人想出了一种巧妙的办法，就是“诱骗态协议”。这个协议比较难讲明白，大致意思就是，有些单光子和多光子是我要传递的信息，有些是诱骗的信息。两种光子损耗率不同，窃听者无法区别对待，那么收发双方就很容易得知，损失的光子是自然损耗还是有人窃取。这个地方也可以上网去查诱骗太协议，如果你不是绝对发烧友，就别去查了。你只需要了解现实中的量子秘钥分发，还不是绝对的单量子。

量子信息借助量子力学和信息学的种种突破，在理论上已经比较成熟。但需要通过实验和实践进行推动，我国在应用领域目前已经走在世界前列。

五、量子秘钥分发，理论上可以借用量子纠缠，也可以不用。实际应用中不会用到量子纠缠。

这个很容易理解，我们知道了不用量子纠缠就可以实现秘钥的安全分发，干嘛要用量子纠缠？并且制造量子纠缠态的成本很高，并且很难高效，批量的生成。

六、量子通信的最大安全距离不断提升

我们提到过，光子在光纤中损耗很大，基本20千米就是极限。每加长15千米，损耗就会加倍。依赖单光量子通信，很难实现远距离秘钥分发。

我们前边还提到过，可以基于诱骗太协议，实现单光子和多光子组合的方式传输，这使得远距离传输成为可能。2016年8月16日，墨子号量子卫星上天时，光纤中的安全传输距离已经超过了200公里。2016年11月，中国科学技术大学、清华大学、中科院上海微系统与信息技术研究所、济南量子技术研究院等单位合作，又把安全传输距离提高到了404公里，而且在102公里处的安全成码率已经足以保证安全的语音通话。也就是说，间隔102公里的量子保密电话已经是在技术上可行的了。

传统的光纤传输是通过中继的，在量子秘钥分发的方案中同样可以使用中继。

假设我们有一串节点，记作1号、2号、3号……，最后是n号。先在1号和2号之间建立量子通信，产生一个密钥，记作k1。然后在2号和3号之间建立量子通信，产生一个密钥，记作k2。2号把k1作为待传输的明文，用k2对它加密，传输给3号。3号同样把k1传输给4号，4号把k1传输给5号，……一路把k1传输给n号。最后1号把真正要传输的信息用k1加密，用任意的通信方式传给n号，就完成了。

京沪干线做的事情，就是在北京、济南、合肥、上海的内部量子网络的基础上，通过32个中继节点（包括两端）把它们连接起来。这样，就可以在2000公里的范围内，实现量子保密通信

还有一种中继方式就是通过卫星。通过卫星理论上是可以覆盖全球的，并且光在空中的损耗比光纤中小的多。但是长距离让光从地面对准卫星发射确实很难，首先距离远，其次光信号很微弱，你不能用强光，用强光意味着就是激光通信，就不是量子通信了。这个瞄准工作，被中国的科学家们完成了，对，就是用墨子号量子科学卫星做的。

延伸阅读 关于量子不可精确观测

量子加密通信主要是源于量子的不可精确测量和不可克隆。也就是说当你看到了量子的状态，量子由于你的观测就会改变原来的状态。要观察量子，你就需要感知它，我们不能通过眼睛观察，因为量子已经是能量的最小单位了，他不可能想宏观物体一样发光，发热让我们感知。我们要感知它，同样要使用光线（也是一堆光量子）对单个光量子进行相关影响的测量，但测量结果是无法精确的，并且会改变单个光量子的状态。

举个例子，大家肯定听过薛定谔的猫，就好比箱子里有个猫，猫是死是活没有“人”知道，如果打开箱子，箱子就会进入毒气将猫毒死。如果不打开，“人”永远不知道猫是死是活。

其实不可测量在经典物理中同样适用，只不过微乎其微罢了。比如黑暗中有个物体，你要测量它的质量或者运动状态，我们就需要光或者红外装置，甚至雷达波之类的照射物体。但是只要照射物体就会有光子对物体产生了影响，会发生微乎其微的质量、运动状态的变化。我们想一下，如果物体能量小到不能再小的时候，任何其他能量对其测量都会造成非常大的影响。这就是量子的不可精确观测。

接下来的内容，比较发散，也没有绝对的对错，有选择性的看吧。

人类认识的世界，永远都是建立在人们获取到的信息的基础上，人类无法感知的信息不是人类世界。有人认为薛定谔猫是死是活在非人类世界已经是事实，只是人类世界不知道，有这种观点的人是决定论支持者，也就是未来会发生什么都是已经注定了，就想你现在正在看这篇文章，正在质疑这种观点一样。还有人认为猫是死是活必须在人类世界决定，猫是死是活是一个概率事件，在被人类观测到之前，这只猫是一个死和活之间的中间态，这部分人认为世界是随机的。

启迪云  王立波