5G时代：人类通信要突破频谱瓶颈
长期以来，人类的移动通信必须依赖无线电进行信息传输。超长波（甚低频）的传输距离远，具有很强的穿透能力，可以进行潜艇与岸上的通信、海上导航等。
长波（低频）能传输较远距离，穿透、绕射能力强，可以在大气层内的中等距离进行通信，包括进行地下岩层通信、海上导航。中波（中频）被广泛用于广播和海上导航。短波（高频）被用于远距离短波通信和短波广播。超短波（甚高频）的传输距离较远，而且带宽大大增加，被用于多种通信模式，比如：电离层散射通信（30MHz~60MHz）、流星余迹通信（30MHz~100MHz）、人造电离层通信（30MHz~144MHz），对大气层内、外空间飞行体（飞机、导弹、卫星）通信，对大气层内电视、雷达、导航、移动通信。分米波（特高频）传输距离较小，穿透和绕射能力也较弱，主要用于对流层工散射通信（700MHz~1000MHz）、小容量（8~12路）微波接力通信（352MHz~420MHz）、中容量（120路）微波接力通信（1700MHz~2400MHz），而4G和5G的移动通信也广泛采用这个频段。厘米波（超高频）拥有更大的带宽，但穿透能力更差，被用于大容量（2500路、6000路）微波接力通信（3600MHz~4200MHz，5850MHz~8500MHz）、数字通信、卫星通信、波导通信。毫米波（极高频）拥有更大的带宽，但传输距离更近，穿透能力差，被用于穿入大气层时的通信。为了获得更大的带宽，以前认为不可能用于移动通信的毫米波，
如今也开始受到关注，用于近距离、高速度的移动通信。
对于通信而言，频谱永远是一个无法突破的瓶颈。要进行通信，必须要占用频谱资源，而有价值的频谱资源是有限的。打破频谱的限制，寻找其他的介质是一个可行的出路。我们可以把频谱扩大到太赫兹，但它的资源依然是有限的，更为重要的是，其可能还会受到太多的外在条件影响和限制。
在古老的通信模式中，最先进的通信系统是驿站，通过几十公里一处的驿站，可以在一天之内把信息传送到千里之外，但这样一个庞大、高效率的系统，只有权贵才能使用。要建立起低成本、更高效率的远距离通信，当时的技术条件不具备，人们也很难想象，
如果没有一站一站的接力，如何把信息送到千里之外。
到了近代，随着通信技术的发展，人类发现了无线电的存在，电波可以传到千里之外，而且成本非常低，不需要一站一站的接力。
当然，对于古代从事通信工作的人来说，电波传输不能把信息变成书面信件，用处不大，直到编码技术的出现，电波实现了把文字
传到千里之外的目标。此后，电报、电话、广播、互联网的出现，完全颠覆了古代通信的功能，今天的通信更是早已脱离了驿站的模式，不需要实体的信息传输。
对于今天从事通信工作的人们来说，要进行通信，要么采用电波，要么采用光波。进行远距离的信息传输，光波和电波是当下效率
最高的工具，因此，摆脱光波和电波是不可想象的。
在古代通信体系中，我们只能让马跑得更快，以提升信息传输速度。即使后来把交通工具换成汽车、火车，乃至飞机，速度的提升仍然非常有限。只有介质的改变才是革命性的，才能让信息传输的速度从原来的天、小时、分钟转变为秒、毫秒。在光波和电波的体系下进行效率提升是有价值的，但这个体系的资源和速度却又是有限的。
怎么办？要打破频谱的限制，量子通信将是突破口。
光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态（传输）的方式实现信息传递。科学家通过实验验证，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另一个也会瞬间发生变化。利用这个特性就可以实现光量子通信，具体实现过程为：事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量，则接收方的粒子瞬间发生变化，变为某种状态，这个状态与发送方的粒子变化后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换，即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
在量子纠缠的过程中，一个量子态可以同时表示0和1两个数字，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0~127。一次这样的光量子通信传输，就相当于128次经典通信方式，传输效率惊人。
当前，我们对于量子通信的理解还停留在量子密钥的传输上，而未来的量子通信则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传态指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。虽然量子通信技术还处于早期实验阶段，但未来用新的通信体系打破旧有的通信体系，取代今天的光波通信和电波通信，就如同用无线通信取代驿站一样，理论上是可行的。
长波（低频）能传输较远距离，穿透、绕射能力强，可以在大气层内的中等距离进行通信，包括进行地下岩层通信、海上导航。中波（中频）被广泛用于广播和海上导航。短波（高频）被用于远距离短波通信和短波广播。超短波（甚高频）的传输距离较远，而且带宽大大增加，被用于多种通信模式，比如：电离层散射通信（30MHz~60MHz）、流星余迹通信（30MHz~100MHz）、人造电离层通信（30MHz~144MHz），对大气层内、外空间飞行体（飞机、导弹、卫星）通信，对大气层内电视、雷达、导航、移动通信。分米波（特高频）传输距离较小，穿透和绕射能力也较弱，主要用于对流层工散射通信（700MHz~1000MHz）、小容量（8~12路）微波接力通信（352MHz~420MHz）、中容量（120路）微波接力通信（1700MHz~2400MHz），而4G和5G的移动通信也广泛采用这个频段。厘米波（超高频）拥有更大的带宽，但穿透能力更差，被用于大容量（2500路、6000路）微波接力通信（3600MHz~4200MHz，5850MHz~8500MHz）、数字通信、卫星通信、波导通信。毫米波（极高频）拥有更大的带宽，但传输距离更近，穿透能力差，被用于穿入大气层时的通信。为了获得更大的带宽，以前认为不可能用于移动通信的毫米波，
如今也开始受到关注，用于近距离、高速度的移动通信。
对于通信而言，频谱永远是一个无法突破的瓶颈。要进行通信，必须要占用频谱资源，而有价值的频谱资源是有限的。打破频谱的限制，寻找其他的介质是一个可行的出路。我们可以把频谱扩大到太赫兹，但它的资源依然是有限的，更为重要的是，其可能还会受到太多的外在条件影响和限制。
在古老的通信模式中，最先进的通信系统是驿站，通过几十公里一处的驿站，可以在一天之内把信息传送到千里之外，但这样一个庞大、高效率的系统，只有权贵才能使用。要建立起低成本、更高效率的远距离通信，当时的技术条件不具备，人们也很难想象，
如果没有一站一站的接力，如何把信息送到千里之外。
到了近代，随着通信技术的发展，人类发现了无线电的存在，电波可以传到千里之外，而且成本非常低，不需要一站一站的接力。
当然，对于古代从事通信工作的人来说，电波传输不能把信息变成书面信件，用处不大，直到编码技术的出现，电波实现了把文字
传到千里之外的目标。此后，电报、电话、广播、互联网的出现，完全颠覆了古代通信的功能，今天的通信更是早已脱离了驿站的模式，不需要实体的信息传输。
对于今天从事通信工作的人们来说，要进行通信，要么采用电波，要么采用光波。进行远距离的信息传输，光波和电波是当下效率
最高的工具，因此，摆脱光波和电波是不可想象的。
在古代通信体系中，我们只能让马跑得更快，以提升信息传输速度。即使后来把交通工具换成汽车、火车，乃至飞机，速度的提升仍然非常有限。只有介质的改变才是革命性的，才能让信息传输的速度从原来的天、小时、分钟转变为秒、毫秒。在光波和电波的体系下进行效率提升是有价值的，但这个体系的资源和速度却又是有限的。
怎么办？要打破频谱的限制，量子通信将是突破口。
光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态（传输）的方式实现信息传递。科学家通过实验验证，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另一个也会瞬间发生变化。利用这个特性就可以实现光量子通信，具体实现过程为：事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量，则接收方的粒子瞬间发生变化，变为某种状态，这个状态与发送方的粒子变化后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换，即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
在量子纠缠的过程中，一个量子态可以同时表示0和1两个数字，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0~127。一次这样的光量子通信传输，就相当于128次经典通信方式，传输效率惊人。
当前，我们对于量子通信的理解还停留在量子密钥的传输上，而未来的量子通信则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传态指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。虽然量子通信技术还处于早期实验阶段，但未来用新的通信体系打破旧有的通信体系，取代今天的光波通信和电波通信，就如同用无线通信取代驿站一样，理论上是可行的。
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