浅谈量子通信技术

题目浅谈量子通信技术课程现代通信技术基础班级

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指导老师

2011 年12月10日

浅谈量子通信技术

摘要：量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。

关键词语: 量子通信量子力学

1、引言

量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。

2、量子通信的的提出

自1 9世纪进入通信时代以来,人们就梦想着像光速一样(甚至比光速更快)的通信方式.在这种通信方式下,信息的传递不再通过信息载体(如电磁波)的直接传输,也不再受通信双方之间空间距离的限制,而且不存在任何传输延时,它是一种真正的实时通信.科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式,这种通信方式被称为量子通信.与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,已成为国内外研究的热点.近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破,引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视.从人类信息交流

和通信的演化进程，我们可以清楚地体会到信息技术的不断发展。现代信息技术具有强大的社会功能，已经成为21世纪推动社会生产力发展和经济增长的重要因素。

霍金指出，要进入未来大概有两种方法，第一就是通过所谓的“虫洞”。霍金强调，虫洞就在我们四周，只是小到肉眼很难看见，它们存在于空间与时间的裂缝中。如同在三度空间中，时间也有细微的裂缝，而比分子、原子还细小的空间则被命名为“量子泡沫”，虫洞就存在于其中。不过，霍金表示，这些隧道小到人类无法穿越，但有朝一日也许能够抓住一个虫洞，再将它无限放大。霍金指出，理论上时光隧道或虫洞不但能带着人类前往其他行星，如果虫洞两端位于同一位置，且以时间而非距离间隔，那么太空船即可飞入，飞出后仍然接近地球，只是进入所谓“遥远的过去”。

3、量子态的概念

量子态是指原子、中子、质子等粒子的状态，它可表征粒子的能量、旋转、运动、磁场以及其他的物理特性。曾被爱因斯坦称作幽灵般的超距离作用的“量子纠缠”，指的是在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化，另一个粒子的状态也会立刻发生相应的变化，这就是量子纠缠。

人的眼睛好像一种仪器，它只能分辨出两个间隔时间为秒的景象，如果小于这个间隔就无法分辨了，这叫做人眼的视觉暂留特性。比如电视和电影虽是由一幅幅间隔的画面组成的，可是在放映时，我们看到的却是一个连续的影像，这就是因为两副画面之间出现的时间间隔小于秒的缘故。我们在夜间还可以做一个这样的实验：手拿一柱一头点燃的香，用较快的速度来回运动，看到的是一条连续的黄光线。这正是上面说的道理。因此就不难设想，当光源以极快的速度发射出一份份的接踵而来的光子时，我们的眼睛是难以分辨出每个独立的光子，而把这群光子看成是一个连续性的光流。

但是，这种量子之间的“诡异”特性却被现代科学家巧妙利用于远程通信技术，他们把两个同源的量子分开，对其中一个施以“信息”，那么，远在许多公里之外的另一个量子也会有同样的“反应”，通过读取它的反应，可以实现远超目前水平的通信技术。

量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但

是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。

4、量子通信的发展

量子通信指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式。量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。量子理论作为现代物理学的核心理论，百年来被无数次证明和应用，也被每一个物理学家熟知。而利用量子效应来保护通信密码的创意，是上世纪80年代美国人提出的。国际上许多研究小组都在对这一课题进行研究，并提出了一系列量子纠缠态纯化的理论方案，但是没有一个是能用现有技术实现的。

安徽问天量子有限公司研发生产的红外单光子探测器在该区实现量产，使得我国成为全球第三个可批量生产红外单光子探测器的国家，为我国量子密码规模化应用打下了基础。

信息通信要靠光子。就像上网离不开网卡，红外单光子探测器就像是量子通信技术这台主机的网卡。特别是量子通信对于光子捕捉要求极高，要求每个光子捕捉不能出错。而光子能量极其微弱，要捕捉单个光子，其探测器灵敏度必须达到现有最好照相机的一万亿倍，捕捉单个光子成为困扰世界的难题。

据问天量子有限公司总经理赵义博博士介绍，该公司采用了雪崩法放大了单光子能量，用超高灵敏的电子设备探测其信号，最终实现单个光子探测。目前全球只有美国、瑞士能将该技术进行量产。

2004年开始，潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间信道中实现更远距离的量子通信。在自由空间信道中，光子传输几乎不存在退相干效应，而一旦穿透大气层进入到外层空间，光子的损耗更是接近于零，这使得自由空间信道相比光纤信道在大尺度上具有特别的优势。2006年夏,我国中国科技大学教授潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学—维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验，由此打开了量子通信走向应用的大门。2007年开始，中国科大-清华大学联合研究小组开始在北京八达岭与河北怀来之间架设长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子

隐形传态，证实了量子隐形传态过程穿越大气层的可行性，为未来基于卫星量子中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。量子纠缠做为量子信息科学的核心资源，是目前国际上的研究热点，基于量子纠缠的量子态隐形传输是量子计算和量子中继中的基本过程。

对于未来实用化全球量子通信网络的建立具有十分重要的意义，为未来计划发射卫星上天、利用卫星平台中转实现全球化量子通信打下了基础。量子通信是量子论与信息论相结合的产物，也是通信与信息领域研究的热点前沿。推动量子通信技术的应用化研究和产业化进程，带动地区科学与经济发展具有重要意义，也必将对我国现代通信技术的变革产生积极影响，为引领我国量子通信技术实用化和产业化进程做出重大贡献。

5、量子通信的加密原理

为什么量子通信能不被窃听呢先回头说说量子理论，20世纪初的实验发现，能量或物质细小到一定限度，就无法被准确测量了(测不准原理)。因为测量意味着干涉，当被测量物微小到了极限，就不可能不被测量完全改变。理论上完美到极致的显微镜，对于一个量子级别的粒子也束手无策，因为一“碰”就毁坏了粒子的待测状态。量子理论作为现代物理学的核心理论，百年来被无数次证明和应用，也被每一个物理学家熟知。而利用量子效应来保护通信密码的创意，是上世纪80年代美国人提出的。这个想法的实质在于：假如让量子态的粒子携带密码信息，就不会被半路监测和盗取了。换句话说：如果信息仅“附着”在一个光子或电子上，当间谍“偷听”时，信息就被偷听动作改变了。靠着极端“脆弱”，这条信息通道可以保证内容的绝密。

从理论上来说，传统的数学计算加密方法都是可以破译的，再复杂的数学密钥也可以找到规律。第一台现代计算机的诞生，就是为了破解复杂的数学密码。随着计算机的飞速发展，破译数学密码的难度也逐渐降低。

上世纪下半叶以来，科学家们在“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”之上，逐渐建立了量子密码术的概念。“海森堡测不准原理”是量子力学的基本原理，指在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，只能精确测定两者之一。“单量子不可复制定理”是“海森堡测不准原理”的推论，它指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。

量子密码术突破了传统加密方法的束缚，以量子状态作为密钥具有不可复制性，可以说是“绝对安全”的。任何截获或测试量子密钥的操作都会改变量子状态。这样截获者得到的只是无意义的信息，而信息的合法接收者也可以从量子态的改变知道密钥曾被截取过。科学家

希望将来可以实现远距离、高速率的量子密码传输。这样就可以利用卫星来传递信息，并在全球范围内建立起保密的信息交换体系。

量子密钥的创意无懈可击，但目前还不能投入大规模应用，原因是很难让一对纠缠粒子在长距离上保持稳定。在几米内有效的密钥，在几公里外就失真，然后消逝在虚空中了。因此超长距离的量子通信，似乎还停留在理论阶段。但在韩教授看来，这并不意味着研究人员的进展缓慢。事实上，近年来，中国科学家一直在刷新量子传输的距离纪录。

量子计算机经常会被拿来和量子通信并列，它们是量子力学在两个不同领域的应用。量子计算机的本质，是用量子器件替代传统计算机器件，借助量子器件更多样的物理状态，增加存储容量，简化电脑计算的方式。具体来说，在经典计算机中，可能一个二极管的电压高低，代表这个比特的值是1或者0，而在量子计算机中，一个量子可以既是1又是0，有两个值。N个量子并排，就有2的N次方个值。

6、量子通信的未来

量子通信是通信技术上的又一次划时代革命，具有广泛的应用前景。首先，量子通信可以满足空间远距离、大容量、易组网等方面的要求，量子通信可以用来构筑高速、大容量的通信网络，实现高清晰度图像等大容量超高速数据的传输，为建立量子因特网奠定了坚实的基础；其次量子通信可以实现完全保密通信，这使得量子通信在军事、国防、国民经济建设等领域都有重要作用；第三，目前许多国家致力于空间拦截及空间信息传输等技术的研究，并取得了一定的成果，量通信的应用必将加速空间拦截及空间信息传输等技术的快速发展。第四，由于量子通信时延为零，可以实现超光速通信，量子通信的发展必将加速人们探索宇宙空间的进程。相信不久的将来，量子通信会离我们越来越近，并走进我们的生活。

参考文献：

[1] 英国的《新科学家》（NewScientist） 2008,11.

[2] 张磊《西安电子科技大学学报》，第9卷，第3期2005，9.

[3] 苏晓琴郭光灿《量子电子学报》2007,11.

[4]?美籍华人杨振寰《熵与信息光学》(Entropy and Information Optics).

浅谈我国量子通信技术的发展现状及未来趋势

浅谈我国量子通信技术的发展现状及未来 趋势 量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。 【关键词】量子通信技术；发展现状；未来趋势 【Abstract】The quantum communication has the characteristics of super security，large channel capacity，super high communication speed and ultrahigh concealment. After 30 years of development，it has matured theoretically，and the technical scheme has gradually moved from the laboratory to the practical. Quantum communication technology has also achieved fruitful results. 【Key words】Quantum communication technology；Development status；Future trend 量子通信是利用量子纠缠效应改变量子态，从而实现信息传递的一种新型的通信方式，它是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。

空间量子通信技术

空间量子通信技术 陈彦，胡渝 （ 电子科技大学 物理电子学院，成都 610054 ） 摘要：利用卫星来分发单光子（或纠缠光子对）的方法为远程量子通信网络提供了一种独特的解决方案。这将克服现有的光纤和陆上自由空间链路所带来的距离限制，实现真正意义上的全球量子通信。本文对这种设想进行了分析，证明这种设想有很高可行性。 关键词：量子通信; 空间技术; 光子分发 中图分类号：TN929.11；0431.2 文献标识码：A Quantum Communications in Space CHEN Y an ，HU Yu （Institute of Physics and Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu，610054 ） Abstract：Using satellites to deliver single photon or entangled photon pairs is a unique solution to realize long-distance quantum communications networks. This solution is able to overcome the disadvantage of transmission distance when using fiber and terrestrial free space optical links. And global quantum communications may be realized in this way. A scheme of using satellite to deliver single photon or entangled photon pairs is described，and the possibility of the scheme is proved. Key words：quantum communications; Space technology; photon deliver 1 引言 量子通信具有“容量大、速度快、通讯保密性极强”的优点，可完成经典信息处理方法所不能完成的任务。利用量子通信可以建立无法破译的密钥系统，因此量子通信已经成为当今研究的热点。已经在标准光纤信道中，已经实现了距离超过100KM的量子密钥分配实验。同时，还在23km的自由空间信道中，实现了基于单光子的量子密钥分配[1]；在600m的自由空间中实现了基于纠缠光子对的量子密钥分配实验[2]。目前对量子通信的理论方案和实验研究，主要集中于利用光纤信道和点对点的陆地无线光信道。但光子在光纤和陆上自由空间信道中的传输距离只是局域性的，无法满足全球性的量子通信的需要。人们需要一种新的量子通信方案。 2 在空间中进行量子通信 单光子（纠缠光子对）的分发是实现量子通信的前提。当光子在光纤信道中传输时，其能量会随传输距离的增加而衰减，光子的偏振特性也会在传输过程当中发生变化；若利用陆上自由空间信道，则光子的能量会被大气信道吸收而衰减，同时链路的维持也会受到大气条件或陆上阻碍物的影响。因此，单光子在现在的硅光纤和陆上自由空间中的传输距离受到了限制，从而无法实现全球范围内的量子通信。而现在已得到广泛应用的卫星通信和空间技术却给全球性的量子通信提供了一种新的解决方案。它可以克服光纤和陆上自由空间链路的通信距离限制，极大地延伸量子通信的范围，实现真正意义上的全球性量子通信。 2.1 空间量子通信方案 按照单光子（纠缠光子对）发送者的不同，空间量子通信方案可分为地基和空基两种。下面分别介绍这两种方案。 2.1.1 地基（earth-based）方案 地基方案设想包括一个地基发射终端，该终端可以向地面站和卫星分发单光子，或者进行纠缠光子共享。这样就能在这些通信终端之间进行量子通信。其中最简单的情况，是一个地面终端与另外一个地面终端进行直接的通信，即陆上自由空间量子通信链路。如前所述，这种情况的通信距离有限。而由单个地面终端和单个卫星终端组成的上行链路，

浅谈量子信息技术

浅谈量子信息技术 贝尔学院韩笑 (一) 引言 众所周知，信息技术经常出现在人们的视野之中，是许多人都很熟悉的词汇。它是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。 而量子信息技术，其与信息技术最显著的区别就在于“量子”两个字。量子信息技术是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科，主要包括量子通信和量子计算2个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等;量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。 (二) 量子信息技术的具体含义 那么到底量子信息技术相比信息技术，它的高端之处在哪呢? 首先，应该着重于“量子”这两个字。在量子力学中，量子信息是关于量子系统“状态”所带有的物理信息。通过量子系统的各种相干特性（如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等），进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。 量子是一个态．所谓态在物理上不是一个具体的物理量，也不是一个单位，也不是一个实体，而是一个可以观测记录的一组记录（也就是确定组不变量去测量另外一组量），但是这组记录可以运算．并可以求出某时刻对是已观测的纪录对比十分吻合．这个就是波动力学的基础。要解决量子信息．首先要在逻辑有一个多值逻辑理论，才能通过对于量子态对应于一个实体，也就是现在所谓的给量子的态赋给予实体的功能，这样就可以实现某些交换，也就是可以计算，只要这组态符合一定的条件，由波动力学①，结论一定成立。这就是量子信息学的基础，如果一旦能找到符合理论的这些态，则计算能力将不是现有计算机的N信部题，而是的一0时计算的超量完成．对某个有限大的数组在量子态可以理论上是0时完成，也就是超距变换。这是量子信息学的研究动力。 根据摩尔定律，每十八个月计算机微处理器的速度就增长一倍，其中单位面积（或体积）上集成的元件数目会相应地增加。可以预见，在不久的将来，芯片元件就会达到它能以经典方式工作的极限尺度。因此，突破这种尺度极限是当代信息科学所面临的一个重大科学问题。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，发挥量子相干特性的强大作用，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。量子力学与信息科学结合,不仅充分显示了学科交叉的重要性, 而且量子信息的最终物理实现, 会导致信息科学观念和模式的重大变革。事实上，传统计算机也是量子力学的产物，它的器件也利用了诸如量子隧道现象等量子效应。但仅仅应用量子器件的信息技术，并不等于是现在所说的量子信息。目前的量子信息主要是基于量子力学的相干特征，重构密码、计算和通讯的基本原理。 量子特性在信息领域中有着独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限，于是便诞生了一门新的学科分支——量子信息科学。它是量子力学与信息科学相结合的产物，包括：量子密码、量子通信、量子计算和量子测量等，近年来，在理论和实验上已经取得了重要突破，引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视。人们越来越坚信，量子信息科学为信息科学的发展开创了新的原理和方法，将在21世纪发挥出巨大潜力。

浅谈量子通信技术

题目浅谈量子通信技术课程现代通信技术基础班级 学号 姓名 指导老师 2011 年12月10日

浅谈量子通信技术 摘要：量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。 关键词语: 量子通信量子力学 1、引言 量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。 2、量子通信的的提出 自1 9世纪进入通信时代以来,人们就梦想着像光速一样(甚至比光速更快)的通信方式.在这种通信方式下,信息的传递不再通过信息载体(如电磁波)的直接传输,也不再受通信双方之间空间距离的限制,而且不存在任何传输延时,它是一种真正的实时通信.科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式,这种通信方式被称为量子通信.与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,已成为国内外研究的热点.近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破,引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视.从人类信息交流

量子通信技术基于量子物理学的基本原理

关键词:量子通信安全性中国发展 摘要:用国际顶级量子专家王肇中教授的话说，量子通信就是单模光纤两端加上能代替常用光模块功能的、光量子态的发送和接收设备，实现基于物理加密的保密通信。 量子通信技术基于量子物理学的基本原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。为了拓展应用、与现有通信系统兼容以及大量减少成本，需对点对点的通信方式进行组网并充分利用经典通信设施。与此同时，量子克隆技术的出现也使得我们开始重新审视量子通信的安全性问题。量子通信是相对最安全的，但任何事情都不是绝对的，有矛就有盾。一方面有“量子非克隆原理”，另一方面有实现近似量子克隆的“量子克隆机”。怎样可靠地评估安全性？怎样进行攻击？是值得研讨的问题。在不久的将来，量子通信与经典通信的融合发展将会带来通信世界的新纪元。 例如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。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是惊人的2，以及更高。 1. 欧洲联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC量子通信网络[8][9]。并于2008年10月在维也纳现场演示了一个基于商业网络的安全量子通信系统。该系统集成了多种量子密码手段，包含6个节点。其组网方式为在每个节点使用多个不同类型量子密钥分发的收发系统并利用可信中继进行联网。 息量子通信验证网”在北京开通，在世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。 2014年11月15日，团队研发的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里，刷新世界纪录。 2. 应用与用途 潘建伟教授指出，量子通信技术的实际应用将分三步走：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。 对市场角度来说，互联网本质上是一个不安全的网络，而量子通信在理论上的绝对保密特征，已经得到物理定理的证明，很显然在军事、国防、金融等领域有着广阔的应用前景。在大众商业市场，随着技术成熟，量子通信也将具有极大的发展潜力。 3.量子通信技术的发展趋势 4.不足 但量子通信本身，仍然处在研究阶段，还远远没有达到大规模商用化的水平，实用的量子通信网络其保密的绝对性还有待商榷。 量子通信面临四项难点：可扩展、强抗毁、广覆盖、立体化 子密钥分发在未来推广应用方面面临两大挑战：融合性和安全性。量子通信从量子力学的

量子通信技术发展现状及面临的问题研究_徐兵杰

doi：10．3969/j．issn．1002－0802．2014．05．001 量子通信技术发展现状及面临的问题研究 徐兵杰1，刘文林2，毛钧庆3，杨燕3 （1．保密通信实验室，四川成都610041；2．解放军95830部队，北京100093；3．解放军91746部队，北京102206） 摘要：量子通信具有更高的传输速率和更可靠的保密性，是世界各国正在研究和发展的通信技术热点之一。首先介绍量子通信技术的基本概念、发展历程、系统架构、特点优势，然后重点阐述国内外量子密钥分配、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子机密共享等技术的研究进展情况，最后分析量子通信技术研究和发展过程中面临的困难及局限。 关键词：量子通信密钥分配隐形传态机密共享 中图分类号：TN91文献标志码：A文章编号：1002－0802（2014）05－0463－06 Ｒesearch on Development Status and Existing Problems of Quantum Communication Technology XU Bing－jie1，LIU Wen－lin2，MAO Jun－qing3，YANG yan3 （1．Science and Technology on Communication Security Laboratory，Chengdu Sichuan610041，China； 2．Unit95830of PLA，Beijing100093，China；3．Unit91746of PLA，Beijing102206，China）Abstract：Quantum communication is a new communication technology under research and development，which possesses higher transmission rate and reliable secure communication advantages．This paper intro-duces the concepts，development，system architecture，features and advantages of quantum communication technologies firstly．Then it focuses on demonstrating the technology research progress of quantum commu-nication，such as quantum key distribution，teleportation，secure direct communication and secret sharing．Finally，the research and development difficulties of quantum communication technology and limitations are analyzed in this paper． Key words：quantum communication；key distribution；teleportation；secret sharing 0引言 量子通信基于量子力学原理，将微观世界的物质特性运用到通信技术上，在高速传输和高可靠保密通信方面具有优势，成为当今通信技术领域的研究热点之一。世界各国纷纷投入大量的人力和物力进行研究和开发，在理论研究和实验技术上均取得了重大突破。 1量子通信技术 1．1基本概念 量子通信是利用量子相干叠加、量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信技术，由量子论和信息论相结合而产生［1］。从物理学角度看，量子通信是在物理极限下利用量子效应现象完成的高性能通信，从物理原理上确保通信的绝对安全，解决了通信技术无法解决的问题，是一种全新的通信方式［2］。从信息学角度看，量子通信是利用量子不可克隆或者量子隐形传输等量子特性，借助量子测量的方法实现两地之间的信息数据传输。量子通信中传输的不是经典信息，而是量子态携带的量子信息，是未来通信技术的重要发展方向。 1．2发展历程 量子通信的研究发展起步于20世纪80年代［3］。1969年，美国哥伦比亚大学Wiesner提出采用量子力学理论保护信息安全的设想。1979年，美国IBM公司的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出了将Wiesner的设想用于通信传输的 第47卷第5期2014年5月 通信技术 Communications Technology Vol．47No．5 May．2014

量子通信技术发展中存在的问题分析

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/443394949.html, 量子通信技术发展中存在的问题分析 作者：刘冬 来源：《中国新通信》2017年第01期 【摘要】量子通信是指用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式，是量子理论 和信息论相结合的新的研究领域，是近20年发展起来的新型交叉学科，目前这门学科已逐步从理论实验走向实用化。英国《自然》杂志曾指出我国量子通信技术发展迅速是一支世界劲旅，我国在为量子通信技术研究硕果欣喜的同时也发现它在实用发展中存在诸多问题。本文从量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题、通信技术发展中存在的光子源产生单光子效率低问题两方面进行了浅析。 【关键词】量子通信发展存在问题现状分析 20世纪80年代是量子通信技术研究的开启性时代，其实从历史角度看量子通信技术的研究要早于这个时间，早在20世纪70年代威斯纳已经写出了“共轭编码”这篇著名文章。量子通信技术是在量子力学快速发展的前提下发展的新领域，它在信息传递方面存在很大优势已成为目前研究的热点。但是随着通信技术的快速发展，也存住诸多问题。 一、量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题分析 根据量子通信技术研究表明量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理，量子纠缠是指在微观世界里两个粒子间的距离不论有多远，一个粒子的变化会影响另一个粒子变化的一种现象。因此，量子通信技术离不开光源技术。由于单光子源技术难度太高，我国量子通信技术一般采用弱相干光源技术，但是这种光源在实用发展中存在诸多安全性问题。 1、量子通信技术发展中存在的单光子分离攻击问题。光子是光最小的单位，单光子是不可再分的。但是我国通信技术使用的弱相干光源技术，它的脉冲中不止一种光子，在理论上这种脉冲中所包括的光子是可以再进行分割的。量子通信系统的基本部件由量子态发生器、量子通道和量子测量装置三部分组成，主要涉及量子密码通信、量子远程传态、量子密码编码等，按量子通信所传输的信息是经典还是量子分为两大类，它的基本思想是将原物信息分成经典和量子两种信息，分别经由经典通道和量子通道传递给接受者，在传递过程中量子通信的通道损耗非常大。对于单光子源技术来讲，即使通道损耗再大也是安全的，因为单光子不可再分割。但对弱相干光源来讲就会存在安全隐患，窃听者可以通过光子分离攻击假冒量子通信技术的通道而获得全部密码，并且不会被量子通信技术发现。 2、量子通信技术发展中存在的木马攻击和侧信道攻击问题分析。量子密码编码是量子通信技术使用中主要涉及部分之一，木马攻击就是利用量子密码信号源和接收器等部件的设计漏洞进行攻击，有效窃取量子通信技术里的量子保密系统的内部信息。这种窃取信息的方法主要有侧信道攻击、光能部件高能破坏攻击和大脉冲攻击等。[1]

量子通信简介

量子通信 一．经典通信系统模型 经典通信系统可以用下图所示的模型描述。 信源（Information source）：指产生消息的源泉。信息总是一个物理系统，其形态随空间坐标或时间变化。 空间信源(space source)：系统随时间改变形态，它生产在空间传输的信号，这样的物理系统称为空间信源。 时间信源(time source)：系统空间各部分有不随时间变化的不同的分布，它可能引起信号在时间中传输，这样的系统称为时间信源。编码(Encoding)：对信源进行处理，以提高信源传输的有效性和可靠性。 信道(Channel)：传输消息的媒介称为信道。 噪声(Noise):在传输过程中，由于干扰使编码的物态发生畸变。引起编码物理态畸变的各种因素称为噪声。 译码(Decoding)：由信道输出物态恢复信源输出的消息的过程叫译码。 信宿(Destination)：是消息传输的归宿和的地，即接收消息的人或仪器。

量子信息通信简介 量子信息科学是物理学与信息科学交叉融合产生的新兴学科领域，涉及物理、计算机、通信、数学等多个学科，对带动这些学科的发展具有重要意义。量子信息学为未来信息科学的革命性变革提供了可靠的物理基础。量子信息技术在运算速度、信息安全、信息容量等方面可突破传统信息系统的极限。 一．量子信息通信物理基础 1. 量子位（Quantum Bit: qubit ） 在经典信息理论中，信息量的基本单位是比特(bit)，一个比特是给 出经典二值系统一个取值的信息量. 例如，{0,1} 在量子信息理论中，量子信息的基本单位是量子比特(qubit)。一个 qubit 是一个双态量子系统，即两个线性独立的态，常记为：|0>和 |1>。以这两个独立态为基矢，张成一个二维复矢量空间，即二维Hilbert 空间。 量子位的物理载体： 光子： ()()>+>->=>+>>=y i x L y i x R ||21 | ,||21 | |R>: 右圆极化偏振光， |L>： 左圆极化偏振光。 自旋1/2的粒子： |0＞，|1＞ 二能级原子： |g ＞，|e ＞ 迭加态： >+>>=1|0||b a ψ |a|2, |b|2分别为测量时得到|0>,|1>的几率。 n 个qubit 态：张成一个2n 的Hilbert 空间，有2n 个相互正交的态：>i | ， i 是一个n 位二进制数。 例如：3个量子位有8个量子态： |0>, |1>, |2>, |3>, |4>, |5>, |6>, |7> |000>, |001>, |010>, |011>, |100>, |101>, |110>, |111>

量子通信简介以及原理

量?通信简介以及原理 中国科学家?前曾经创造了97公?的量?远距离传输世界纪录，引起轰动，不过?江后浪推前浪。新浪科技援引美国物理学家组织?的报道称，维也纳?学和奥地利科学院的物理学家凭借143公?的成绩再创了新?，朝着基于卫星的量?通讯之路迈出了重要?步。 实验中，奥地利物理学家安东-泽林格领导的??国际?组成功在加那利群岛的两个岛屿——拉帕尔玛岛和特纳利夫岛间实现量?态传输，距离达到143公?，?中国的远了46公?之多。 其实，打破传输距离并不是科学家的?要?标。这项实验为?个全球性信息?络打下了基础，在这个?络，量?机械效应能够?幅提?信息交换的安全性，进?确定计算的效率也要远远超过传统技术。在这样?个未来的“量?互联?”，量?远距传输将成为量?计算机之间信息传送的?个关键协议。 在量?远距传输实验中，两点之间的量?态交换理论上可以在相当远的距离内实现，即使接收者的位置未知也是如此。量?态交换可以?于信息传输或者作为未来量?计算机的?种操作。在这些应?中，量?态编码的光?必须能够传输相当?距离，同时不破坏脆弱的量?态。奥地利物理学家进?的实验让量?远距传输的距离超过100公?，开辟了?个新疆界。 参与这项实验的??松(Xiao-song Ma?译)表?：“让量?远距传输的距离达到143公?是?项巨?的技术挑战。”传输过程中，光?必须直接穿过两座岛屿之间的湍流??。由于两岛之间的距离达到143公?，会严重削弱信号，使?光纤显然不适合量?远距传输实验。 为了实现这个?标，科学家必须进??系列技术?新。德国加尔兴?克斯-普朗克量?光学研究所的?个理论组以及加拿?沃特卢?学的?个实验组为这项实验提供了?持。??松表?：“借助于?项被称之为‘主动前馈’的技术，我们成功完成了远距传输，这是?项巨?突破。主动前馈?于传输距离如此远的实验还是第?次。它帮助我们将传输速度提??倍。”在主动前馈协议中，常规数据连同量?信息?同传输，允许接收者以更?的效率破译传输的信号。 泽林格表?：“我们的实验展?了当前量?技术的成熟程度以及拥有怎样的实际?途。第?个?标是基于卫星的量?远距传输，实现全球范围内的量?通讯。我们在这条道路上向前迈出了重要?步。我们将在?项国际合作中运?我们掌握的技术，中国科学院的同?也会参与这项合作。我们的?标是实施?项量?卫星任务。” 2002年以来就与泽林格进?量?远距传输实验的鲁珀特-乌尔森指出：“我们的实验取得了令??舞的成果，为未来地球与卫星之间或者卫星之间的信号传输实验奠定良好基础。”处在低地球轨道的卫星距地?200到1200公?。(国际空间站距地??约400公?)乌尔森说：“在从拉帕尔玛岛传输到特纳利夫岛，穿过两岛间??过程中，我们的信号减弱了?约1000倍。不过，我们还是成功完成了这项量?远距传输实验。在基于卫星的实验中，传输数据更远，但信号穿过的??也更少。我们为这种实验奠定了?个很好的基础。”[2]

[量子通信技术论文] 量子通信论文2000

[量子通信技术论文] 量子通信论文2000 随着科学技术的迅猛发展，量子通信作为后摩尔时代的新技术，会逐渐走进人们的生活，下面是小编精心推荐的一些量子通信技术论文，希望你能有所感触!量子通信技术论文篇一 浅析量子通信技术 【摘要】量子通信作为既新鲜又古老的话题，它具有严格的信息传输特性，目前已经取得突破性进展，被通信领域和官方机构广泛关注。本文结合量子，对量子通信技术以及发展进行了简单的探讨。 【关键词】量子;通信;技术;发展 对量子信息进行研究是将量子力学作为研究基础，根据量子并行、纠缠以及不可克隆特性，探索量子编码、计算、传输的可能性，以新途径、思路、概念打破原有的芯片极限。从本质来说：量子信息是在量子物理观念上引发的效应。它的优势完全来源于量子并行，量子纠缠中的相干叠加为量子通讯提供了依据，量子密码更多的取决于波包塌缩。理论上，量子通信能够实现通信过程，最初是通过光纤实现的，由于光纤会受到自身与地理条件限制，不能实现远距离通信，所以不利于全球化。到1993年，隐形传输方式被提出，通过创建脱离实物的量子通信，用量子态进行信息传输，这就是原则上不能破译的技术。但是，我们应该看到，受环境噪声影响，量子纠缠会随着传输距离的拉长效果变差。 一、量子通信技术 量子通信定义 到目前为止，量子通信依然没有准确的定义。从物力角度来看，它可以被理解为物力权限下，通过量子效应进行性能较高的通信;从信息学来看，量子通信是在量子力学原理以及量子隐形传输中的特有属性，或者利用量子测量完成信息传输的过程。 从量子基本理论来看，量子态是质子、中子、原子等粒子的具体状态，可以代表粒子旋转、能量、磁场和物理特性，它包含量子测不准原理和量子纠缠，同时也是现代物理学的重点。量子纠缠是来源一致的一对微观粒子在量子力学中的纠缠关系，同时这也是通过量子进行密码传递的基础。Heisenberg测不准原理作为力学基本原理，是同一时刻用相同精度对量子动量以及位置的测量，但是只能精确测定其中的一样结果。 量子通信原理 量子通信素来具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的过程就是量子力学原理的展现。从最典型的通信系统来说具体包含：量子态、量子测量容器与通道，拥有量子效应的有：原子、电子、光子等，它们都可以作为量子通信的信号。在这过程中，由于光信号拥有一定的传输性，所以常说的量子通信都是量子光通信。分发单光子作为实施量子通信空间的依据，利用空间技术能够实现空间量子的全球化通信，并且克服空间链路造成的距离局限。 利用纠缠量子中的隐形量子传输技术作为未来量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力学，由两个光子构成纠缠光子，不管它们在宇宙中距离多远，都不能分割状态。如果只是单独测量一个光子情况，可能会得到完全随机的测量结果;如果利用海森堡的测不准原理进行测量，只要测量一个光子状态，纵使它已经发生变化，另一个光子也会出现类似的变化，也就是塌缩。根据这一研究成果，Alice利用随机比特，随机转换已有的量子传输状态，在多次传输中，接受者利用量子信道接收;在对每个光子进行测量时，同时也随机改变了自己的基，一旦两人的基一样，一对互补随机数也就产生。如果此时窃听者窃听，就会破坏纠缠光子对，Alice与Bob也就发觉，所以运用这种方式进行通信是安全的。 量子密码技术 从Heisenberg测不准原理我们可以知道，窃听不可能得到有效信息，与此同时，窃听量

量子通信技术的应用

量子通信技术的应用 量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子是不可分的最小能量单位，“光量子”即为光的最小能量单位。在量子世界中，存在着一种“纠缠”效应，所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。这种“纠缠”效应能够在两个完全相同的某量子态粒子之间建立某种联系，当其中一个的状态发生变化时，另一个也会发生相同的变化，而且这种变化与时间和空间无关。另外由于对粒子的任何测量都会导致其量子态的变化，所以同时这种变化时不可能被第三者所知获的。利用量子的纠缠效应，我们可以进行绝密和瞬时的通信。 具有两个偏振方向的光子可以认为是一个双态系统。这两个状态可以分别对应目前使用的数据通信中的“0”和“1”。这里以一个简单的双态系统为例，对于处于纠缠态的两个粒子，一旦对其中一个粒子进行测量，确定了它的状态，那么就可以立即获得另一个粒子所处的状态，这一特性称为量子隐形传态。要想实现量子通信，首先需要通信终端共享成对缠结在一起的相同粒子(即纠缠粒子对)，然后对量子态进行信息处理，只要一个粒子的量子态变化，必然影响到另一个与之处于纠缠态的粒子。量子态是信息的载体，只要完成对粒子的量子态的操纵，就可以实现量子信息的传输。 量子通信是通信技术上的又一次划时代革命，具有广泛的应用前景。首先，量子通信可以满足空间远距离、大容量、易组网等方面的要求，量子通信可以用来构筑高速、大容量的通信网络，实现高清晰度图像等大容量超高速数据的传输，为建立量子因特网奠定了坚实的基础。量子通信的传输速率理论上可以与粒子的震动频率相等，这意味着其传输速率可以达到万亿Gbit/s，这对于解决目前的通信带宽瓶颈有着重要的意义。在经典信息论中，传输速率和带宽需要满足香农公式，而信噪比不可能达到无限大，故而传输的速率一定会受到带宽的制约。量子通信突破了香农公式的制约，将带宽和传输速率提高到无限。 其次量子通信可以实现完全保密通信，这使得量子通信在军事、国防、国民经济建设等领域都有重要作用。在目前的通信模式中，就连保密性最高的光纤通信，也存在被窃听的可能性。由于量子纠缠效应严格的应用条件，任何窃听的尝

量子通信技术及发展

207 doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2018.03.007 量子通信技术及发展 赵海龙? 中国酒泉卫星发射中心，甘肃 酒泉 732750 摘要 介绍了经典加密技术与量子加密技术的原理，对量子通信的实现过程、发展现状和发展趋势进行了论述，并澄清了对量子通信理解上的几个误区。关键词 量子通信；加密技术；单光子 孙子曰：“知彼知已，百战不殆。”现代战争是信息化支配下的高科技战争，谁掌握了战场信息，谁就掌握了战争主动权。密码通信作为军事通信中的组成部分，在现代战争中扮演着重要角色。 在第二次世界大战期间，德军启用了一种新型的密码机——恩尼格码机，它可以产生8万亿个不重复的密码字母，被德军称为牢不可破的密码机。为了破解德军的密码系统，英国组织了一批数学家、工程师和一万多名志愿者从事破译工作。这些人中，包括了后来在计算机界享有盛名的艾伦?麦席森?图灵(Alan Mathison Turing)。在破译德军密码的过程中，图灵根据他天才的设想，先后研制出两代译码机，第一代大部分由继电器组成，第二代则全部由电子管组成，包括1 500多个电子管。第一代译码机在保卫伦敦的空战中使英国空军占得先机，令德国轰炸机损失惨重。第二代译码机被称为“巨人”，先后破译了48 000多份机密文件，平均每小时破译超过11份机密情报。在德军发动的“海狼”行动中，英军一举击沉德军600多艘舰艇。在诺曼底登陆等一系列战役中，“巨人”破译的情报为战争提供了重要支持，甚至有人认为，“巨人”的参战改变了战争进程。可以说，图灵研制的“巨人”译码机就是现代意义上的计算机。然而由于保密等原因，直到20世纪70年代，英国政府解密了相关档案后，图灵的工作才为世人所知。导致世界首台计算机这一殊荣被美国宾夕法尼亚大学1946年研制的“ENIAC ”获得，“ENIAC ”其实比图灵的“巨人”机晚了两年。为了纪念图灵对计算机技术发展所做的贡献，美国计算机协会于1966年设立了“图灵奖”，每年颁发一次，每次一般只授予一名科学家，目前的奖金是100万美元，被称为“计算机界的诺贝尔奖”。中国学者姚期智曾获得2000年的 “图灵奖”。 同样是在第二次世界大战期间，由于美军识破了日本海军的作战计划，导致日军在中途岛海战中惨败。为了鼓舞士气，山本五十六决定到前线去慰问部队。这一电报被国民党的机要人员池步洲截获并且破译出了到达、离埠时间和相关地点等重要信息。这份电报经由蒋介石转交罗斯福后，美军制订了详细的伏击计划，派出了由16架战斗机组成的一个飞行中队，在山本将要到达的一座岛屿上空等待。美机到达后不到一分钟，山本的飞机准时到达，在30 s 内被打成了筛子，座机掉下去后挂在树上，直到第二天才被日军找到。这位因策划和发动珍珠港战役而一战成名的一代枭雄就此丧命。 ?通信作者，研究方向：量子理论、粒子物理等。E-mail: zhlzyj@https://www.sodocs.net/doc/443394949.html,

什么是量子通信技术

什么是量子通信技术？ 它的过去，现在，未来如何？ 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及:量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。主要包括量子通信和量子计算2个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等;量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。 量子通信具有高效率和绝对安全等特点，是此刻国际量子物理和信息科学的研究热点。追溯量子通信的起源，还得从爱因斯坦的"幽灵"--量子纠缠的实证说起。 由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑，几十年来，物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。 1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特(Alain Aspect)和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子"量子纠缠"(quantum entanglement)的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。从笛卡儿、伽利略、牛顿以来，西方科学界主流思想认为，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制(即是局域化的)。量子纠缠证实了爱因斯坦的幽灵--超距作用(spooky action in a distance)的存在，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的(nonlocal)，宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。

浅析量子通信技术在电力行业的应用情况

浅析量子通信技术在电力行业的应用情况 量子通信作为一门新型交叉学科是对信息通信安全一种从根本上的保障，目前已成为国际量子物理和信息科学的研究热点之一。基于量子通信的信 息通信及防护，具有高效、无条件安全等特点。文章跟踪目前量子通信研究进展，对国内外量子通信应用进行研究，尤其在电力信息通信方面进行深入分析 和阐述。 量子通信研究及其产业化进展 量子通信具有无条件安全特性，即在目前技术条件下可以提供绝对安 全，可以通过一次一密保障信息安全，同时可以通过量子状态侦测安全攻击， 这是传统通信方式所不具备的。该特性为国家安全、基础设施、网络通信、金 融等领域提供强有力的技术支撑，显现出广阔的前景和应用价值。 近年来，量子通信已成为欧盟、美国和日本等发达国家重点关注的前沿 科技热点，国际竞争非常激烈。国外已经建造了一系列的小规模QKD 技术验证网络，包括：2008 年欧洲联合建立的SECOQC 网络、2009 年美国国防高级研究计划署（即DARPA）建立的国防部感兴趣的城域QKD 网络以及2010 年日本通过与欧洲合作建立的TokyoQKDNetwork。欧盟相关机构于2010 年4 月更新的量子通信技术发展路线欧洲已经把量子通信应用于电子政务和金融领域，欧 洲的电信运营商也开始引进量子通信技术。不断研究量子通信特性及应用领 域，同时开展商业和运营模式探索。欧洲发布了量子通信技术和商业白皮书， 启动了技术标准化进程。包括AT&T、Bell 实验室、 我国政府高度重视包括量子通信在内的量子技术的发展。量子通信已经 被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020 年）》，而其中的量

量子通信基本原理及其发展

量子通信基本原理及其发展 量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信是20世纪80年代开始发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，21世纪初，这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。 量子通信又称量子隐形传送（QuantumTeleportation），“teleportation”一词是指一种无影无踪的传送过程。量子通信是由量子态携带信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信是一种全新通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，是未来量子通信网络的核心要素。 按照常理，信息的传播需要载体，而量子通信是不需要载体的信息传递。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元（如：原子），制造出原物完美的复制品。 量子隐形传送所传输的是量子信息，它是量子通信最基本的过程。人们基于这个过程提出了实现量子因特网的构想。量子因特网是用量子通道来联络许多量子处理器，它可以同时实现量子信息的传输和处理。相比于经典因特网，量子因特网具有安全保密特性，可实现多端的分布计算，有效地降低通信复杂度等一系列优点。 量子通信是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科，与成熟的通信技术相比，量子通信具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量、远距离传输等特点，是21世纪国际量子物理和信息科学的研究热点。 2 研究历史 1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特（AlainAspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantumentanglement）的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。从笛卡儿、伽利略、牛顿以来，西方科学界主流思想认为，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制（即是局域化的）。量子纠缠证实了爱因斯坦的幽灵——超距作用（spookyactioninadistance）的存在，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。 在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学家C.H.Bennett提出了量子通信（QuantumTeleportation）的概念。量子通信概念的提出，使爱因斯坦的“幽灵（Spooky）”——量子纠缠效益开始真正发挥其真正的威力。1993年，在贝内特提出量子 通信概念以后，6位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案，即将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处，这就是量子通信最初的基本方案。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。 1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实 现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。 为提高通信质量，科学家们还在减少干扰源方面努力。2006年，欧洲科学家让光子在 自由空间而不是光纤中完成了一次量子通信过程。通信在相距144公里的西班牙加纳利群岛

浅析量子通信技术及其发展前景

浅析量子通信技术及其发展前景 发表时间：2019-03-27T09:50:33.923Z 来源：《科技研究》2018年12期作者：伊大文[导读] 新兴产业培育和经济建设等诸多领域，也将产生基础共性乃至颠覆性的重大影响。（公诚管理咨询有限公司广东广州 510610） 摘要：随着人类对微观粒子系统的观测和调控能力不断突破和提升，利用量子力学中的叠加态和纠缠态等独特物理特性进行信息的采集、处理和传输已经成为可能，量子科技革命的第二次浪潮即将来临。以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术是未来信息通信技术演进和产业升级的关注焦点之一，其研究和应用发展在未来国家科技发展、新兴产业培育和经济建设等诸多领域，也将产生基础共性乃至颠覆性的重大影响。 关键词：量子通信技术；发展前景 引言 量子信息技术发展与应用呈现加速趋势，全球各国普遍关注和重视，我国对于量子信息技术和产业发展的重视程度也进一步提高。为推动我国量子信息技术研究与产业应用的健康发展，我们应该掌控量子通信技术及其发展前景。 1 量子通信技术的定义 使用量子特殊效应进行通信信息传播的一种全新通信方式，量子是不能够被分割。在20 世纪时期，我国物理界研究人说在进行微观粒子运动规律的研究是，重点研究量子力学，这为后期通信理论研究奠定强有力的基础。我们可以使用量子的特殊技术—纠缠效用进行通信，这样保证通信的安全性和保密性。换个角度来看，量子通信技术是在物理及下限的条件下利用量子效应现象促成的最高性能通信，在物理原则上保证其安全稳定性，减少了因技术无法实现的状况。 2 量子通信技术国内外研究现状 2.1量子技术国内研究现状 为了让量子通信从理论走到现实,从上世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会和国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。 1）量子通讯技术其实在通讯过程中给通讯信息加上密码。现在在实际应用中最多的就是量子密码术。 2）中国在量子通讯技术领域可以领先世界，是因为中国投入了大量的人力，物理，财力，把这项技术从设想阶段推进到实证阶段。中国虽然发展的晚，但是解决了技术中的大量难题，并且能投入实用和生产。 2.2量子技术国外研究现状 国外量子通信概念自1984年开始提出，1992年后开始得到重视、逐渐发展，至今整个产业链日趋成熟，开始步入应用推广阶段。国外量子通信产业比中国更早的步入实用化，量子通信科技产业实体中较为知名的有美国BNN（雷神子公司）、MAGIQ TECH以及瑞士的IDQ，它们能够提供初步商用化的量子密钥分发系统器件、终端设备和整体应用解决方案。 其中IDQ 是量子密钥生成的世界领导者，量子安全加密类产品主要有量子网络安全加密，量子密钥分配，量子密钥生成等。BNN 科技公司为雷神公司全资子公司，擅长量子计算，参与美国情报高级研究计划局（IARPA）发起的量子计算机科学（QCS）项目研究。 3 量子通信技术的体系架构 量子信源、量子编解码器、量子调制解调、量子传输通道、量子接收器等八个组成部分构成了量子通信系统。量子源是一种量子信息发生器，它将量子信息转换成量子比特，以便在信道上传输。量子传输通道是传输量子信息的介质，量子辅助通道是量子传输通道和测量通道之外的附加通道。量子噪声是对通信环境对量子信号影响的等效描述。量子解码将量子信息位转换成信息，并使用量子接收器接收信息。一般状况下，非理想量子通信一般采用“量子信道+辅助经典信道”进行。 4 量子通信技术的特点与优势 与传统的通信技术相比，量子通信技术的特点及优势体现在以下几个方面：（1）具有较高时效性。量子通信线路时延几乎为零，信息传递速度快，过程无障碍。 （2）具有较强的抗干扰性。不通过传统信道进行信息传输，与通信双方之间传播媒介无关。 （3）具有较好的保密性。这是由于量子不可克隆定理决定的。 （4）相比于传统的通信手段，同等条件下量子通信技术获得可靠通信所需的信噪比低30-40dB。 5 量子通信技术的前景展望 通信有着很强的标准要求，量子通信是可以实现的，对于空间的传输以及信息技术的传播，许多国家在量子技术的研究上都取得了一定的成果，量子通信技术普遍将加速这一进程发展的速度，该技术具有灵通信发展，为人类创造探索太空奠定强有力的基础。量子通信在国防和军事领域有着广阔的应用前景，是量子技术的最大特点，量子技术的安全性是传统加密通信是一般通信技术无法达到的。量子通信技术的超安全性可以有效地保证其军事秘密和军事行动不被敌人破译和发现，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法时，现有的计算机可能需要数万年的时间。实际上，它们是完全不可接受的，几乎没有实际价值，但量子计算机可以在几分钟内加密。 6 我国量子通信技术量子保密通信技术领域一直引领世界发展脚步