量子物理学发展过程中的几位科学大佬，你猜得出他们是谁吗？（刘琪 制图）
20世纪初，普朗克、爱因斯坦、玻尔开创了量子物理学研究。随后，海森堡、薛定谔、狄拉克等物理学家建立了量子力学。从此，量子物理学沿着两条路深刻地推动着人类文明发展。
一条路是“自上而下”的，即不断深入微观世界探索基本粒子。我们经常听到的“高能物理（即粒子物理）”、“大统一理论”、“大型强子对撞机”等等就是来自这个领域。
另一条路是“自下而上”的，就是认识身边的各种物质背后的量子力学规律，并在此基础上发展各种高新技术来改变世界。我们经常听到的“凝聚态物理”、“半导体”、“激光”、“超导体”、“纳米材料”等等就来自这个方向。
这条“自下而上”的路曾经通过半导体技术和激光技术催生了第一次信息革命，使我们今天能便捷地使用各种计算机，智能手机，光纤通讯和整个互联网。
不过，尽管我们必须用量子力学才能理解半导体和激光的本质与工作原理，但这次信息革命仍然是属于“经典信息”的革命，我们处理的还是经典的二进制信息（即0或1，经典比特），信息传输和计算都基于经典物理学。
而随着量子信息的诞生，这一条路逐渐发展到了一个全新的阶段，正在催生着第二次信息革命，即一次完全属于量子物理学的量子信息革命。
量子信息包括量子通信和量子计算，即信息传输和计算都将直接植根于量子物理学。其中量子通信作为排头兵，走在了这次信息革命的最前面，成为它的第一个突破点。

量子通信与传统通信相比，优势明显（刘琪 制图）
量子通信按照应用场景和所传输的比特类型可分为“量子密钥分配”和“量子态传输”两个方向。

其中，“量子密钥”使用量子态不可克隆的特性来产生二进制密码，为经典比特建立牢不可破的量子保密通信。

目前量子保密通信已经步入产业化阶段，开始保护我们的信息安全；“量子隐形传态”是利用量子纠缠来直接传输量子比特，它还处于基础研究阶段，未来将应用于量子计算机之间的直接通信。

表1.量子密钥分配和量子隐形传态的区别
1.量子密钥
目前实用化的量子密钥分配是由查理斯.本内特（Charles Bennett）和吉勒.布拉萨（Gilles Brassard）在1984年提出的BB84协议。
该协议把密码以密钥的形式分配给信息的收发双方，因此也称作“量子密码”。该协议利用光子的偏振态来传输信息。因为光子有两个偏振方向，而且相互垂直，所以信息的发送者和接收者都可以简单地选取90度的测量方式，即“+”；或45度的测量方式，即“×”，来测量光子。在90度的测量方式中，偏振方向“↑”代表0，偏振方向“→”代表1；在45度的测量方式中，偏振方向“↗”代表0，偏振方向“↘”代表1。
这样选择测量方式的好处是，如果选择“+”来测量偏振态“↗”或“↘”时，会得到50%的几率为“→”，50%的几率为“↑”。同理，如果选择“×”来测量“→”或“↑”时，会得到50%的几率为“↗”，50%的几率为 “↘”。
为了生成一组二进制密钥，发送者首先随机生成一组二进制比特，我们称之为“发送者的密钥比特”。同时发送者对每个“发送者的密码比特”都随机选取一个测量模式（“+”或者“×”），然后把在这个测量模式下，每个“发送者的密码比特”所对应的偏振状态的光子发送给接受者。比如传输一个比特0，选择的测量模式为+，则发送者需要发出一个偏振态为↑的光子。
接收者这边也对接收到的每个比特随机选择“+”或者“×”来测量，会测量出一组0和1。当接收者获得全部测量结果后，他要和发送者之间通过经典信道（如电话，短信，QQ等等）建立联系，互相分享各自用过的测量方式。这时他们只保留相同的测量方式（“+”或者“×”），舍弃不同的测量方式。于是保留下来的测量方式所对应的二