量子保密通信技术基本原理

1.海森堡测不准原理

你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度，粒子位置的不确定性，必然大于或等于普朗克常数（Planck constant）除以4π（ΔxΔp≥h/4π），这表明微观世界的粒子行为与宏观物质很不一样。
在量子力学里，不确定性原理（Uncertainty principle）表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式。
这里有个比较好帮助理解的例子，是我之前在其他地方看到的，可以帮助理解这个海森堡测不准原理。
首先测不准原理简单描述就是量子有两个属性：位置和速度，在某一时刻没办法精确去测量这两个属性。然后，把量子看作一个皮球，将其放在一个房间里，一个人被蒙着眼(目的是事先不知道皮球在哪里，即事先不知道测量的量子属性)，然后让这个人去找皮球的位置，最直接的是他会四处走动去找皮球，当然用脚碰到球的时候，他肯定会说球在他球的某个位置，比如右边。但是这个时候，球真的在他右边吗？当他用脚触碰到球的一刻，有可能球被踢跑了，或者球动了之后碰到房间的墙壁被反弹到其他地方了，即此时量子的速度和位置又成了未知之谜。

2.量子不可克隆原理

即不可能构造一个能够完全复制任意量子比特，而不对原始量子位元产生干扰的系统。
某个任意的量子态是不能够百分百精确地复制的。需要注意的是，这里说的量子态，指的是任意的量子态，也就是说，我们事先不知道他的状态到底是什么——对于某个确定的量子态，我们是有办法精确复制的。

如果要对一个未知的量子进行复制，首先就要去测量，一旦测量就会对量子态造成影响，使其状态发生改变。

有一些特殊的测量，是可以保证某些特殊的量子态不受扰动的，这些量子态就是本征态，其对应的测量值就是本征值。本征态是非常特殊的量子态，任意的量子态通常是多个本征态的叠加。量子不可克隆原理说的是，任意量子态是不能够精确复制的——本征态是可以复制的，因为他是非常特殊的量子态，特别是他依赖于测量方法的选择。

为什么说量子不能够被精确克隆？

证明的方法是反证法。首先要承认的前提是海森堡测不准原理，这是从无数实验中总结提炼出来的事实。如果任意量子态可以被精确克隆，那么我们就可以这么做：先把这个量子态精确地复制一百份，然后用一百种不同的测量方法来精确地得到一百种不同的信息——如果一百份还不够，那么就克隆一万份好了。通过选择测量方法，我们就可以知道每个特定备份的相关性质，再加上精确克隆的假定，我们就可以知道任意量子态的任何信息，海森堡测不准原理也就不可能成立了——这个结论与实验观测事实是矛盾的。所以说，量子不可克隆原理等价于海森堡测不准原理，也等价于测量会影响量子态的这个量子力学基本假定。

“单量子不可克隆定理”(No-CloningTheorem)是“海森堡测不准原理”的推论，它是指量子力学中对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制的过程是不可实现的，因为复制的前提是测量，而测量必然会改变该量子的状态。

量子密钥分发虽在理论上具有无条件安全性，但由于原始方案要求使用理想的单光子源和单光子探测器，在现实条件下很难实现，这导致现实的量子密钥分发系统可能存在各种安全隐患。随后开发的诱骗态量子密钥分发，成功解决了非理想单光子源带来的安全漏洞，但探测器的不完美性又成为“量子黑客”主要攻击点。