量子通信真的无法破译吗？

量子通信是无法破译的。但在解释这句话的含义之前，我们需要先明白一件事:这里的“量子通信”指的是“量子密码学”。

在科学界的用法中，量子信息是量子力学和信息科学结合产生的交叉学科，包括量子通信和量子计算，量子通信的应用包括量子密码、量子隐形传态和超密集编码。该主题的逻辑结构如下图所示。

量子信息学科的内容

但是量子信息的所有应用都有很高的技术难度，大部分都处于实验室演示阶段。量子密码技术难度相对较低，因此接近实用，成为媒体报道的中心。因此，媒体在报道“量子通信”时，往往实际上指的是量子密码学，即量子通信的一部分而非整体。这是我们看新闻需要注意的。

顾名思义，我们马上就能明白，量子密码是一种保密的方法，并不是很多人认为的“瞬间传输”“空间跳跃”之类不可思议的东西。那么，它对于保密有什么特殊的好处呢？

大多数科普作品都会告诉你量子密码是无法破译的。很好，没错。但是大部分科普作品都走得太远，解释不清为什么，以至于很多读者不知道该说什么。实际原因很简单:用“一次性笔记”密钥加密的密文是不可破译的，量子密码生成的密钥就是一次性笔记。

什么是一次性纸币？信息论的创始人香农证明了这样一个定理:如果密钥满足三个条件，那么密文通信是不可破解的。这三个条件是:第一，密钥是随机字符串；第二，密钥的长度与明文相同，甚至更长；第三，每次传输密文都要改变密钥，即“一次一密”。满足这三个条件的钥匙被形象地称为“一次性笔记”。

香农河

稍微思考一下就能明白香农定理了。比如你得到的密文是一个8位的字符串DHDSBFKF，其中每一位的原文是另一个字符，对应的规则是“在英文字母表中前进x步”，但x为每一位单独取一个值(要求密钥长度至少与原文相同，即第二个条件)，而且是随机的(第一个条件)。比如第一位x = 1，把原文中的C改成密文中的D，第二位x = 3，把原文中的E改成密文中的H。如果你是敌人，你怎么能猜到原文？

任何解码方法都必须基于一些线索。例如，一个常见的线索是，英语中的字母使用频率不同(最常见的前五名是E、T、A、O和I)。因此，通过统计密文中每个字母出现的频率，就有望找出密钥。但这只适用于每一位的变换规则都相同的情况(即只有一个统一的X)，这里每一位都有自己的随机X，所以不用这一招。如果不是一次一密(第三个条件)，可以连续截取几个密文，然后在多个密文的相同位置做这个频率分析。但是一次加一个秘密之后，连这最后的希望都破灭了。所以，除了瞎还能做什么？

所以，做出无法破解的密文并不是量子密码学的专利。在传统的密码学中，只要双方得到一次性的笔记密钥，他们的密文就不可破译。

你可能会疑惑:既然这样，保密的问题不是已经解决了吗？答案是:不会，因为真正的难点在于密钥的分配，或者说分布。

在传统的密码学中，双方共享密钥只有两种方式。一种是直接见面，——但如果是方便见面，哪一种需要交流呢？二是通过快递传递，但快递员可能被抓或叛逃。前者像《红灯记》中的李昱和，后者像《红岩》中的甫志高。这才是真正的麻烦！