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3月5日，顶刊(kān)《自(zì)然(rán)》杂(zá)志(zhì)刊(kān)登(dēng)了(le)意(yì)大(dà)利(lì)科(kē)学(xué)家(jiā)团(tuán)队(duì)的(de)研(yán)究(jiū)成(chéng)果(guǒ)，通(tōng)过(guò)一(yī)块(kuài)特(tè)殊(shū)设(shè)计(jì)的(de)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)材(cái)料(liào)，让(ràng)照(zhào)射(shè)在(zài)上(shàng)面(miàn)的(de)激(jī)光(guāng)与(yǔ)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)材(cái)料(liào)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，形(xíng)成(chéng)一(yī)种(zhǒng)混(hùn)合(hé)状(zhuàng)态(tài)的(de)粒子，称为“极(jí)化(huà)激(jī)元”（polaritons）。科学家团队已经发现这种粒子在具备“超流体”特征的同时，具有(yǒu)固(gù)体(tǐ)的(de)一(yī)些(xiē)特(tè)征(zhēng)。正(zhèng)好(hǎo)契(qì)合(hé)了(le)科(kē)学(xué)家(jiā)对(duì) “超(chāo)固(gù)体(tǐ)”的(de)理(lǐ)论(lùn)预(yù)期(qī)。

因(yīn)此(cǐ)，“超(chāo)固(gù)体(tǐ)”并(bìng)非(fēi)日(rì)常(cháng)生(shēng)活(huó)中(zhōng)有(yǒu)重(zhòng)量(liàng)、有(yǒu)形(xíng)状(zhuàng)的(de)固体，部分媒体报道为“光能变为固体“的描述并不准确，但光确实具备一些与日常经验相悖的性质。利用光子的”能量身份证“和”拐弯运动“特性，人们让光纤通信的加密成为可能。

从只能语音通话的“1G”，到可以视频聊天的“5G”，光纤功不可没。无论是用手机看微信、刷视频，还是车辆读取定位、导航信息，这些从移动终端发出的无线信号，经临近的通信基站接收、处理(lǐ)成(chéng)按(àn)特定规律发射的激光信号，通过光纤发往全国各地。光纤就像内(nèi)壁(bì)贴(tiē)满(mǎn)镜(jìng)子(zi)的(de)管(guǎn)道(dào)，光(guāng)线(xiàn)会(huì)在(zài)其(qí)中(zhōng)不(bù)断(duàn)反(fǎn)射(shè)，直(zhí)到(dào)抵(dǐ)达(dá)另一端。无线信号和电信号容易受到干扰、能量衰减，因此需要许多基站“接力”，而光纤中的光信号可以无损传输很长距离，带来了巨大的效率提升，让陕煤曹家湾煤矿的无人巡检开采、襄阳的车流智能调控等需要快速反应、控制的应用得以实现。

随着各行各业更加依赖光纤实现自动操作、分享数据，其信息安全问题逐渐变得突出。实质上，光纤中的光能够实现完全反射，是需要光与光纤内壁始终保持一个较小的角度。如果受到外力弯折，一小部分光(guāng)就(jiù)会(huì)穿(chuān)透(tòu)光(guāng)纤(xiān)射(shè)出(chū)，别(bié)有(yǒu)用(yòng)心(xīn)的(de)人(rén)就(jiù)能(néng)借(jiè)此(cǐ)获(huò)知(zhī)其(qí)中(zhōng)信(xìn)息(xi)。因(yīn)此(cǐ)想(xiǎng)要(yào)安(ān)全传(chuán)输(shū)敏(mǐn)感(gǎn)信(xìn)息(xi)，就(jiù)必(bì)须(xū)对(duì)内(nèi)容(róng)加(jiā)密(mì)，使(shǐ)得(de)窃(qiè)密(mì)人(rén)只(zhǐ)能(néng)获(huò)取(qǔ)无(wú)法(fǎ)直(zhí)接(jiē)解(jiě)读(dú)的(de)密(mì)文。

现在我们利用光纤传递信息，依靠的是光纤内激光束射出位置（相位）、闪烁快慢（频率）等宏观特征，窃密人在大量相同的光(guāng)中(zhōng)“偷(tōu)取(qǔ)一(yī)点(diǎn)”，很(hěn)难(nán)被(bèi)人(rén)发(fā)觉(jué)。如(rú)果(guǒ)要(yào)用(yòng)光(guāng)作(zuò)为(wèi)密(mì)钥(yào)，那(nà)么(me)就(jiù)要(yào)找(zhǎo)到(dào)能(néng)够(gòu)让(ràng)作(zuò)为(wèi)密(mì)钥(yào)的(de)光(guāng)“独(dú)一(yī)无二”的那种特性。科学家通过光电效应实验发现，光的能量有高低之分，而且并不是连续的。一些材料在接收到足够多能量后，会以光的(de)形(xíng)式(shì)放(fàng)出(chū)这(zhè)些(xiē)能(néng)量(liàng)；当(dāng)有(yǒu)些(xiē)材(cái)料(liào)能(néng)将(jiāng)“1份(fèn)”能(néng)量(liàng)转(zhuǎn)化(huà)成(chéng)“1份(fèn)”光(guāng)，有(yǒu)些(xiē)则(zé)是(shì)“2份(fèn)”能量转化成“1份”光。科学家将(jiāng)这(zhè)种(zhǒng)单(dān)位(wèi)命(mìng)名为(wèi)“量(liàng)子(zi)”，“一(yī)份(fèn)光(guāng)”也(yě)就(jiù)是(shì)一(yī)个(gè)光(guāng)量(liàng)子(zi)。能(néng)量(liàng)水(shuǐ)平(píng)便(biàn)成(chéng)为(wèi)了(le)光(guāng)量(liàng)子(zi)无(wú)法(fǎ)被(bèi)拆(chāi)分(fēn)的(de)“身(shēn)份(fèn)证(zhèng)明(míng)”。

既(jì)然(rán)光(guāng)量(liàng)子会因为能量的消耗改变性质，那窃听者可以重新给光量子“充能“，或是复制一份能量相同的光量子给原来的接收者，从而避免被发现吗？答案是否定的。关键在于光量子不仅有作为“身份证明”的能量水平，还有独特的运动状态。我们通常认为光是沿直线传播的，用手挡住阳光，会形成一片影子，这是我们认为光沿直线传播的生活实例。但如果仔细观察影子的边缘，会发现它其实是模糊的——影子从手指边缘向内逐渐加深，表明光能够“绕过“障碍物传播。实验证明，单个光量子的传播方式与声波、水波、舞动的飘带更加类似，具备波动传播的性质。通过人为处理，相同能量的光量子也能以不同的波动轨迹传播。当单个光量子被窃密人截获的那一刻起，它的运动就随之停止或改变，也就无法得知之前的轨迹了。如果说能量水平是光量子的”身份证明“，运动状态也就成了光量子的”未读标记“。

由于光量子无法被拆分，且无法通过截获来得知发出时的运动状态，光量子密钥在光纤内传播时的安全性也就得以保证。但原本的接收者如何确认自己接收到了正确的密钥，并用于解密原文呢？之后我们将详细介绍量子密钥分发技术中的“BB84协议”。

本稿件经中国通信学会量子通信专委会专家审核