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3月5日，顶刊《自然》杂志刊登了意大利科学家团队的研究成果，通过一块特殊设计的半导体材料，让照射在上面的激光与半导体材料相互作用，形成一种混合状(zhuàng)态(tài)的(de)粒(lì)子(zi)，称(chēng)为(wèi)“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，具有固体的一些特征。正好契合了科学家对 “超固体”的理论预期。

因此，“超固体”并非日常生活中有重量、有形状的固体，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(jìn)的(de)通(tōng)信(xìn)基(jī)站接收、处理成按特定规律发射的激光信号，通过光纤发往全国各地。光纤就像内壁贴满镜子的管道，光线会在其中不断反射，直到抵达另一端。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(xìn)息(xi)安(ān)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，一小部分光就会穿透光纤射出，别有用心的人就能借此获知其中信息。因此想要安全传输敏感信息(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(xiàn)在(zài)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中“偷取一点”，很难被人发觉。如果(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(wú)二(èr)”的(de)那(nà)种(zhǒng)特(tè)性(xìng)。科(kē)学(xué)家(jiā)通(tōng)过(guò)光(guāng)电(diàn)效(xiào)应(yīng)实(shí)验(yàn)发(fā)现(xiàn)，光(guāng)的(de)能(néng)量(liàng)有(yǒu)高(gāo)低(dī)之(zhī)分(fēn)，而(ér)且(qiě)并(bìng)不(bù)是(shì)连(lián)续(xù)的(de)。一(yī)些(xiē)材料在接收到足够多能量后，会以光的形式放出这些能量；当有些(xiē)材(cái)料(liào)能(néng)将(jiāng)“1份”能量转化成“1份”光，有些则是“2份”能量转化成“1份”光。科学家将这种单位命名为“量子”，“一份光”也就是(shì)一(yī)个光量子。能量水平便成为了光量子无法被拆分的“身份证明”。

既然光量子会因为能量的消耗改变(biàn)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(yuán)来(lái)的(de)接(jiē)收(shōu)者(zhě)，从(cóng)而(ér)避(bì)免(miǎn)被(bèi)发(fā)现(xiàn)吗(ma)？答(dá)案(àn)是(shì)否(fǒu)定(dìng)的(de)。关键在(zài)于(yú)光(guāng)量(liàng)子(zi)不(bù)仅(jǐn)有(yǒu)作(zuò)为(wèi)“身(shēn)份(fèn)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(shí)例(lì)。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(guāng)能(néng)够(gòu)“绕(rào)过(guò)“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(yóu)于(yú)光(guāng)量(liàng)子(zi)无(wú)法(fǎ)被(bèi)拆(chāi)分(fēn)，且(qiě)无(wú)法(fǎ)通(tōng)过(guò)截(jié)获(huò)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