答:量子通信是量子信息学的一个重要分支。量子通信是利用量子比特作为信息载体来进行信息交互的通信技术,可在确保信息安全等方面突破经典信息技术的极限。这里的量子比特指的是物质的量子状态,比如:电子的自旋,单光子的相位、偏振、强度等维度上的叠加态,或者多光子的量子纠缠态等。
量子通信的研究内容主要分为三个方面。理论研究方面主要是量子信息理论中涉及到量子信道理论和量子编码理论的两部分内容。量子信道理论主要研究内容包括:各种有量子噪声以及有损失的量子信道的信道容量以及其信道容量的各种特性。量子编码理论则主要是研究能够容忍信道损失和噪声的量子纠错编码以及编解码的实现方法。应用研究主要包括两类,一类是在基础科学研究方面的问题,比如通过量子隐形传态、量子纠缠分发开展量子非定域性检验的研究,广义相对论和量子理论结合的研究等。另一类是应用相关的研究,比如通过量子密钥分发、量子认证、量子数字签名等提升传统密码通信技术的安全性;通过量子指纹传输、基于网络多方纠缠分发等提升特定问题的通信效率;通过广域的量子纠缠分发提高探测精度等。工程技术的研究内容是如何操控量子态,实现量子信息的调制、存储、探测。
量子通信有两种最典型的应用,分别是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发(QKD)是指利用量子态来加载信息,通过一定的协议产生密钥。量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听,从而实现原理上无条件安全的量子保密通信。量子隐形传态是指利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态(即量子信息),而不用传输这个微观粒子本身。量子隐形传态可以连接量子信息处理单元来构建量子信息处理网络(例如分布式量子计算、分布式量子传感),同时也是量子中继的重要环节,而量子中继是实现远距离量子密钥分发的重要途径,因此国际学术界将量子密钥分发和量子隐形传态统称为量子通信。量子密钥分发是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。此外,量子通信技术研究中发展出来的很多技术,比如高精度单光子探测器、远距离单光子、多光子干涉技术等也会应用到量子计算和量子精密测量领域。