本人本科期间曾经做过相关工作。为了回答这个问题，我用量子密码通信的早期协议，BB84协议作为例子，跟大家解释什么是量子通信。我的语言会尽量通俗，便于大家理解。
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问题一：为什么量子通信安全，而传统通信存在“隐患”？
我们都知道现在有线通信主要有两类介质，电缆和光线。我们在一些谍战片里都看过，为了窃听对方的电话，间谍直接爬上电线杆，然后把窃听设备接头插在电线上，就能截获电话信息。
图1 通信系统示意图
如图1所示，其中Alice为发送者，Bob为接受者，二者为合法用户。但系统中存在窃听者Eve，在电缆通信中，Eve只需要把类似万用表或者示波器一样的东西，接在Alice和Bob之间的电缆上，便能够轻松且听到所有信息。这个手段最恐怖的地方在于，窃听者Eve并不会改变和影响信息的信号，包括波形和强度。这样会导致Bob根本无法发现窃听者Eve的存在。同样，对于光纤通信，也存在类似的问题。
图2 光纤弯曲窃听法
上图2便是一种典型的光纤窃听方案，现在国内外已经有很多此类产品。原理是通过将光纤弯曲，使得部分光信号外泄，并被相应的探测器探测到。而由于光纤损耗会受到环境因素，例如温度，压力的影响，导致光纤损耗本来就是飘忽不定的。因此，窃听所导致的损耗会淹没在环境变化里，无法被接收端Bob察觉。
此外，我知道的典型光纤窃听方案还有散射法，存在的问题相同，在此不再赘述。
所以总结一下，电缆通信和光纤通信存在两个问题：
窃听手段简单
窃听者无法被察觉
这是两个非常严重的问题，虽然我们可以通过软件加密，比如经典RSA公钥加密算法，该算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。
院士公开课课件（链接见后）
其破解难度很高，甚至于最快的超级计算机也无法快速破解。如图3所示，我们需要考虑未来的事情，即将来计算机技术可能得到突破，比如超级计算机技术的发展和量子计算机的出现等等，这会使软件加密的破译速度越来越快，使得破译存在可能。以上便是传统通信中存在的隐患。
而量子通信恰恰利用了物理学的基本原理，解决了上问题：
测不准原理(Uncertainty principle)
量子不可克隆原理单个光子不可再分
当信息以量子为载体时,根据量子力学原理，微观世界中粒子位置是不可能被确定的,它总是以不同的概率存在于不同的地方，这一点可以参考薛定谔的猫。而对未知状态系统的每一次测量都必将改变系统原来的状态。也就是说，测量后的微粒相比于测量之前，必然会产生变化。同时由于量子不可克隆原理，窃听者Eve无法克隆任意量子态，于是在窃听者Eve在窃听量子信道时，就不得不销毁他所截获到的这个量子态微粒。
一句话总结：如果窃听者Eve窃听了信息，那么必然会对信息的信号产生影响，因此接收端Bob可以通过检测误码率，或者是跟发送端Alice协商，通过分析信号是否正常，来判断是否存在窃听者Eve。
问题二：量子通信有哪些协议？是如何工作的？
（1916-2001）注：今年是香农的百年诞辰
首先保密通信需要使用密钥，分别在发送端对信息进行加密，然后使用相同密钥在接收端解密。
基于此我的祖师爷，信息论创始人香农，在上世纪50年代对无条件安全做出过开创性的研究。他总结出了“一次一密”的无条件安全的条件，顾名思义即
密钥真随机且“只使用一次”
与明文等长且按位进行二进制异或操作
该方法的优点是理论上不可破译，且香农进行了严格的理论证明。但其缺点是需要大量密钥，而密钥的更新和分配存在漏洞！即存在被窃听的可能性！
所以不解决密钥分发的问题，就不可能实现无条件安全。这也导致了在香农发布了这一成果之后，根本没有人商业使用这种方式，据说只有莫斯科和华盛顿之间的通信，曾经使用过这种方法。
而现在，我们可以通过量子力学原理，解决一次一密中的密钥分发问题。
于是在1984年，IBM公司的Bennett和加拿大的Brassard提出来了量子密钥分配的新概念，和对应的量子密钥分配协议——BB84协议。
为了理解这个协议，需要介绍一下量子比特，比如单光子的偏振方向:
图6 量子比特编码方式
如图所示，我们将
码元0对应光子偏振方向为水平或斜向下45度
码元1对应光子偏振方向为垂直或斜向上45度
图7 测量基示意图
同样的，我们在接收端安排两种对应的测量基，如图所示。下面关键点就来了。
图8 测量过程（源郭院士公开课，懒得自己画了。。。）
比如，Alice端发送编码方式1（垂直/水平），同时接收端Bob使用测量基1进行解码，这时候能够完美解码。
而重点是Alice端发送编码方式1（垂直/水平），同时接收端Bob改用测量基2进行解码，这时候会出现什么情况呢？
那就是无论水平信号，还是垂直信号，都会有50%的几率被测成斜向上信号0和斜向下信号1。换句话说，这种测量方式无法获取信息。
图9 BB84协议
（源郭院士公开课，懒得自己画了。。。）
所以说，BB84协议流程如下：
1.发送端Alice随机生成上述四种密钥（垂直，水平，斜上，斜下），生成后密钥的状态即确定。
2.接收端Bob随机使用两种测量基，对Alice发送的密钥进行解调。因为Bob随机选用测量基，所以会有一半几率选用不正确的测量基。如图9所示，发送序列和接受序列分别为：
1011001100111010010011000100可以看到必然会存在测量错误，那么可以计算出误码率为：
50%（选错测量基）*50%（因为结果非0即1，所以错误测量基有一半概率蒙对）=25%
3.接收端Bob通过公开信道（可以被Eve窃听），告知Alice其每个码元分别对应的解调的测量基类别。然后Alice根据这一信息，对比自己的编码方式，就能知道自己哪些测量基选对了，哪些选错了。
4.再然后，Alice通过公开信道（可以被Eve窃听）告诉Bob需要扔掉哪些错误测量基的结果，留下的即为最终筛选结果，该结果在Alice端和Bob端相同。这两个01序列完全相同，即为量子密钥。
如果大家能够理解上述4步，那么之后就很容易理解了。即使Eve窃听到了公开信道上的全部信息，那么Eve还需窃听量子信道，才能还原出最终的密钥，但这么做会造成以下后果。
图10 判断是否有窃听者（源郭院士公开课，懒得自己画了。。。）
如果Eve选错了测量基（50%概率），那么必然会改变信号，使得Alice发送的信号和Bob接收的信号不一致。经过上述协议后，Alice和Bob端的量子密钥不一样，会造成Bob端无法解码或者误码率增大。因而Bob可以通过上述现象，判断是否存在窃听者Eve。
通过计算，可以得知在每个比特（码元）上，Bob有25%的概率发现窃听者。因此如果有100个码元，那么Eve不被发现的概率为(1-25%)^100=3.2* 10^(-13)，可以忽略不计。更何况，实际通信中，码元的数量远远超过100个。换句话，如果我们无需考虑Eve能够随机蒙01，最后蒙对每个码元的概率，那么我们也无需考虑Eve每次都恰好不被发现的小概率。该过程如图10所示。
后来在2001年，科学家从理论上证明完美的BB84协议，具有无条件的安全性。但大家应该能理解，现实条件一般都是“不完美的”。例如完美实现BB84需要完美的单光子光源，但目前人类还做出单光子光源，还是会发出多个光子，因此会存在安全漏洞。
窃听者Eve每次截取一个光子，如果Alice端光源发出的光子数为1，那么这个光子被截获；如果光子数为n（大于等于2），那么Bob端接最多收到n-1个光子。而因为信道衰减的存在，Bob端接收到的光子数本身就小于Alice发送的光子数。同样，因为信道条件的不确定性，导致Bob端难以发现光子被拦截。
因此，虽然Eve会截获一个光子，但剩下的光子没有因为Eve的拦截而改变，无损失，无变化的被Bob接收。因此Bob无法通过误码率来判断Eve的存在！
所以为了解决这些问题，科学家做了非常多的研究，提出来更加实际通用的协议，比如CVQKD协议。但这些协议比较复杂，建议大家无需了解。
希望通过本文，可以让有一定基础的爱好者，能够大概明白量子通信是什么，以及量子通信为什么安全。
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