隨著電子商務、移動支付和互聯網金融等新興業務的蓬勃發展，通信與網絡技術的觸角已經深入到社會經濟生活的各個角落，人們對網絡的依賴越來越強，網絡極大地改變了人們的生存模式，已成為人們日常生活中不可缺少的一部分；但是網絡帶給人們便利的同時，網絡安全問題也日益凸顯，盡管在網絡中保障網絡安全的各種設備和新技術已經層層部防，但是諸如12306網站包含用戶身份證及密碼信息的數據泄露、快遞1400萬信息外露、2014年的1·21我國互聯網DNS大劫難等等網絡安全問題頻頻出現，這些不斷曝光的監控竊聽丑聞和用戶隱私泄露事件進一步加劇了人們對于網絡信息安全的憂慮與關注，有沒有一種技術可以有效解決網絡安全問題？量子通信技術具有極高安全性、通信容量大、傳輸速度快等優點，可以完成傳統通信不能完成的特殊任務，利用無法破譯的秘鑰技術，實現了真正意義上的安全保密通信，近年得到了世界各國科學家的密切關注和深入研究，是通信技術的又一次革命。
1、量子通信的基本原理
1.1基本概念
量子通信是利用量子相干疊加、量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信技術，由量子論和信息論相結合而產生。從物理學角度看，量子通信是在物理極限下利用量子效應現象完成的高性能通信，從物理原理上確保通信的絕對安全，解決了通信技術無法解決的問題，是一種全新的通信方式。從信息學角度看，量子通信是利用量子不可克隆或者量子隱形傳輸等量子特性，借助量子測量的方法實現兩地之間的信息數據傳輸。量子通信中傳輸的不是經典信息，而是量子態攜帶的量子信息，是未來通信技術的重要發展方向。
1.2 量子通信的主要組成部分
量子通信主要由量子密鑰分配( QKD，Quantum Key Distribution)、量子隱形傳態(Quantum Teleportation)、量子安全直接通信(QSDC，Quantum Secure Direct Communication) 、量子機密共享( QSS，Quantum Secret Sharing) 等4個方面。
1.2.1量子密鑰分配( QKD)
量子密鑰分配以量子態為信息載體，基于量子力學的測不準關系和量子不可克隆定理，通過量子信道使通信收發雙方共享密鑰，是密碼學與量子力學相結合的產物。QKD 技術在通信中并不傳輸密文，只是利用量子信道傳輸密鑰，將密鑰分配到通信雙方。基于QKD 技術的保密通信系統架構如下圖
基于QKD的量子保密通信系統
目前，各國學者在理論上已經提出了幾十種量子密鑰分配方案，根據信號源的不同大概可分為三類:基于單量子的量子密鑰分配方案；基于量子糾纏對的量子密鑰分配方案；基于單量子與量子糾纏對的混合量子密鑰分配方案。
1.2.2量子隱形傳態
量子隱形傳態(Quantum Teleportation)又稱量子遠程傳態或量子離物傳態，是利用量子糾纏的不確定特性，將某個量子的未知量子態傳送到另一個地方，然后將另一個量子制備到該量子態上，而原來的量子仍留在原處。其基本原理是利用量子糾纏對的遠程關聯，通過對其中一個糾纏量子和某一個未知量子態進行一些本地測量，實現這個未知量子態在另一個糾纏量子上再現出來。量子態傳送過程是隱形的，通信過程中傳輸的只是表達量子信息的“狀態”，而并不傳輸作為信息載體的量子本身，通信沒有經歷空間與時間，不發送任何量子態，而是將未知量子態所包含的信息傳送出去。
1.2.3量子安全直接通信(QSDC)
量子安全直接通信是指通信雙方以量子態為信息載體，基于量子力學相關原理及量子特性，利用量子信道，在通信收發雙方之間安全地、無泄漏地直接傳輸有效信息，特別是機密信息的通信技術。
QSDC是量子通信技術的一個重要分支，主要用于直接傳輸機密信息。通信的收發雙方無需事先建立安全密鑰，就可以直接通過量子通道進行信息傳輸。QSDC與量子密鑰分發的根本區別在于在量子信道中直接傳遞秘密信息，安全性要求比量子密鑰分配高，但總體而言，QSDC方案還存在非實時及其量子信道信息所需要的糾纏態、量子存儲等技術還不成熟的問題。
1.2.4量子機密共享(QSS)
量子機密共享是傳統的機密共享在量子通信中的運用和發展，傳統的機密共享旨在對重要的密鑰進行安全保護，使即便部分或全部密鑰被第三方竊取也難以恢復出真實的密鑰。其主要實現思路是，將原始密鑰分割成多份，然后將多份密鑰分別發給多個用戶，每個用戶都只能獲取一份或多份密鑰份額，只有在多個密鑰分享者合作下，才能恢復出原始的密鑰，不能滿足上述條件的共享者將無法得到全部的密鑰。通過使用機密共享方案，可以在分享機密信息的同時，防止不誠實用戶的破壞企圖。
量子機密共享是多個通信方之間通過多量子糾纏態實現的量子通信，但現實應用技術難度大，還基本處在理論研究階段。1999年，Hillery，Buzek和Berthiaume提出了首個量子機密共享方案，隨后，各國學者又相繼提出了大約十幾種理論方案，包括共享一個未知態的一些方案，并于2001年在實驗上進行了演示。
1.3量子通信的體系架構
量子通信系統體系架構