量子通信技术

量子通信技术

学院：信息学院

专业：通信工程

学号：20131060189

学生姓名：欧阳倩

指导老师：常俊、袁洪、马祖辉完成时间：2016 年5月

摘要：量子通信作为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，也是是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。本文从传统通信研究者的角度，回顾了量子理论及量子通信技术的发展概况；讨论了量子通信的定义和理想量子通信系统模型；分析了量子通信现在可以达到的通信能力；并基于现有技术水平和应用需求，提出了量子通信技术现实应用的设想和未来应用的展望。

关键词：量子通信量子理论系统模型通信能力应用展望

Abstract: As a new type of quantum communication interdisciplinary developed nearly two decades, it is a new research in the field of quantum theory and information theory combining quantum, physics also is the international information and scientific research focus. From the perspective of traditional communications researcher, reviews the development of quantum theory and quantum communication technology before; discusses the definition of an ideal quantum communication and quantum communication system model; analysis of the communications capabilities of quantum communication can now be achieved; and based on the prior art level and application requirements, made the prospects envisaged practical application of quantum communication technologies and future applications.

Keywords: quantum ；theory of quantum ； communication system model ； communication capabilities application prospect

目录

第一章引言 (5)

第二章量子通信介绍 (5)

2.1 量子通信的发展概况 (5)

2.1.1量子理论的建立 (5)

2.1.2量子通信的提出 (5)

2.1.3国内外量子通信的发展概况 (5)

2.2 量子通信的定义 (6)

2.3理想量子通信系统模型 (6)

2.4量子通信的特点 (7)

2.5量子通信的应用 (7)

2.6量子通信技术未来展望 (8)

第三章结束语 (9)

参考文献 (10)

注释 (10)

致谢 (11)

第一章引言

量子通信是一种具备无条件安全性的物理层安全解决方案，其技术现状、实用化水平和发展面临的瓶颈是业界关注的焦点。量子通信作为一个既古老又新鲜的话题，近年来频频出现于各类学术会议或期刊上。电视、广播、报刊等媒体常见关于国内外研究机构实现量子通信技术重大突破的报道。

“最近的16 公里量子态隐形传输的成功试验表明，中国将有能力建立起卫星与地面的安全量子通信网络。”—来自美国《时代周刊》的“爆炸性新闻”栏目以“中国量子科学的飞跃”为题, 对2010 年中国科技大学与清华大学合作完成的16 公里量子态隐形传输试验进行了评论。以上事实说明，国家多项科学研究计划都已对量子通信展开研究，并已取得多项重大进展，有些方面已达世界领先水平。表示了量子通信已从基础研究逐步走向工程化研究阶段。那么相比于经典通信, 量子通信究竟有哪些优势, 有哪些应用, 源于何种原理以及方法和技术手段等, 无疑是大家所关心的。本文将介绍量子通信的基本概念与方法、技术模型, 以及未来应用前景。

第二章量子通信介绍

2.1 量子通信的发展概况

2.1.1 量子理论的建立

1905年，Einstein引入光量子概念，成功解释了光电效应，并因此获得1921年度诺贝尔物理学奖。1913年，Bohr在卢瑟福原子模型基础上建立了原子的量子理论。1923年，发过物理学家de Broglie提出物质波的概念。1925年，德国物理学家Heisenberg 建立了量子理论的第一种数学描述——矩阵力学。1926年，，薛定谔建立了描述量子波形特性的偏微分方程式，即著名的薛定谔方程①，给出了量子理论的第二种描述——波动力学。1927年，在意大利矩形的国际物理学讨论会上，Bohr作了关于量子力学的报告，被看作是量子力学的正式建立仪式[1]。

2.1.2 量子通信的提出

1984年，来自IBM研究组的Bennett与加拿大蒙特立尔大学的Brassard一起提出了第一个实用性的量子密码通信协议—BB84协议。该协议实际上是一个通过量子信道产生和传送密钥的方案，如图) 所示。量子信道的载体是单个光子，可以用其偏振状态（极化方向）、相位或者频率等物理量来携带量子密钥信息。由于量子信道的非理想化，还需要采用经典信道来配合进行量子态测量方法的协商和码序列的验证。假定窃听者在不被察觉的情况下无法窃听量子信道的信息，然而能够在不篡改数据的前提下窃听经典信道的信息，此时可以证明密钥传输的安全性。利用量子密钥对通信信息进行逐比特加密后在经典信道上传输，理论证明可以达成无条件安全通信（也称之为绝对安全通信）。1991年，牛津大学的Ekert提出了E91协议。第二年，Bennett提出用两个非正交态实现量子密码通信——B92协议[2]。

附图1 基于BB84协议的量子密码通信系统

2.1.3国内外量子通信发展概况

国内外实验室研究和现场试验结果表明，目前量子通信理论和实现方法研究已取得突破性进展，量子通信技术已初步成熟。我国在量子通信技术方面整体上并不落后，在理论和实验两方面均走在了世界前列，在有些方面甚至处于世界领先地位。

2.2量子通信的定义

量子信息中引入了“量子比特”的概念，在量子信息理论中，量子信息的基本单位是量子比特，从物理学上说，量子比特就是量子态，具有量子态的属性，因此有很多不同于经典比特的特征。量子信息中引入了“量子比特”的概念，在量子信息理论中，量子信息的基本单位是量子比特，量子态来表示信息是量子信息的出发点,有关信息的所有问题都必须采用量子力学理论来处理,信息的演变遵从薛定谔方程,信息传输就是量子态在量子通道中的传送,信息处理(计算) 是量子态的幺正变换,信息提取便是对量子系统实行量子测量。，即可认为量子通信是利用量子力学的基本原理（如量子态不可克隆原理②和量子态的测量塌缩性质③等）或者利用量子态隐形传输④等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。

2.3 理想量子通信系统模型

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。

如下图所示，该模型包括量子信源、编码器(量子态发生器)、信道(量子通道)、解码器(量子测量装置)和量子信宿几个主要部分。当中：量子信源是消息产生器；量子信宿是消息的接受者；量子编码器用于把消息变换成量子比特，用量子态作为消息的载体以传输量子信息；量子译码器用于把量子信息比特转换成消息；信道包括量子传输信道和辅助信道两个部分：量子传输信道就是传输量子信号的通道，辅助信道是指除了传输信道和测量信道外的其他附加信道，如经典信道，图中虚线表示。在量子信道可以单独使用，也可以与经典信道结合起来传输量子信息和经典信息；量子噪声是环境对量子信号影响的等效描述[3]。

附图2 简单量子通信系统

2.4 量子通信的特点

量子通信与传统通信技术相比，具有如下主要特点和优势:具有极高的安全性和保密性，根据量子不可克隆定理，量子信息一经检测就会产生不可还原的改变，如果量子信息在传输中途被窃取，接收者必定能发现，量子通信没有电磁辐射，第三方无法进行无线监听或探测；时效性高传输速度快，量子通信的线路时延近乎为零，量子信道的信息效率相对于经典信道量子的信息效率高几十倍，并且量子信息传递的过程没有障碍，传输速度快；抗干扰性能强，量子通信中的信息传输不通过传统信道，与通信双方之间的传播媒介无关，不受空间环境的影响，具有完好的抗干扰性能，同等条件下，获得可靠通信所需的信噪比比传统通信手段低30～40dB；传输能力强，量子通信与传播媒介无关，传输不会被任何障碍阻隔，量子隐形传态通信还能穿越大气层，既可在太空中通信，又可在海底通信，还可在光纤等介质中通信[4]。

2.5量子通信的应用

近年来，网络信息安全问题日益加剧了人们的忧虑和关注，随着量子计算技术的快速发展，传统保密通信技术自身的安全性也将面临挑战。量子通信作为能够提供无条件安全性保证的信息安全解决方案受到世界各国政府、学术界和产业界的广泛关注。

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。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科学技术大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。

2003年,韩国、中国、加拿大等国学者提出了诱骗态量子密码理论方案,彻底解决了真实系统和现有技术条件下量子通信的安全速率随距离增加而严重下降的问题。

2006年夏,我国中国科学技术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。

2008年底，潘建伟的科研团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统，在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网，成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一（另一小组为欧洲联合实验团队）。

2009年9月，潘建伟的科研团队正是在3节点链状光量子电话网的基础上，建成了世界上首个全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。这一成果在同类产品中位居国际先进水平，标志着中国在城域量子网络关键技术方面已经达到了产业化要求。

全通型量子通信网络是一个5节点的星型量子通信网络，克服了量子信号在商用光纤上传输的不稳定性是量子保密通信技术实用化的主要技术障碍，首次实现了两两用户间同时进行通信，互不影响。该网络用户间的距离可达20公里，可以覆盖一个中型城市；容纳了互联互通和可信中继两种重要的量子通信组网方式，并实现了上级用户对下级用户的通信授权管理。

该成果首次全面展示和检验了量子通信系统组网和扩展的能力，标志着大规模可扩展网络量子通信技术的成熟，将量子通信实用化和产业化进程又向前推进了一大步。据称，潘建伟团队将与中国电子科技集团公司第38研究所等机构合作，在合肥市及周边地区启动建设一个40节点量子通信网络示范工程，为量子通信的大规模应用积累工程经验[5]。

2.6 量子通信技术未来展望

刚发布的“十三五规划建议”指出，以2030年为时间节点，再选择一批体现国家战略意图的重大科技项目，力争有所突破。而在提及的七大项目中就包含量子通信。

作为信息传输安全的解决方案，量子通信成为各国重点攻关的方向，而我国在这一领域也处于世界领先地位。国信证券研究报告称，国内已准备将量子通信进行商用。量子通信可能成为继高铁、核电外又一张国家“名片”。

目前，量子通信的基本理论和和框架已经形成，在单光子、量子探测、量子存储等量子通信关键技术获得发展和突破条件下，各种理论体系正日趋完善，量子通信技术已经从科研阶段逐步进入试点应用阶段；量子通信的绝对保密性也决定了其在军事、国防、金融等领域有着广阔的应用前景，随着技术日趋完善和成熟，在未来的大众商业市场中，量子通信将具有极大的应用潜力。量子通信应用试点逐步开展，国内外产业化趋势已经形成，量子密钥分发保密通信的高安全性所蕴含的战略意义和经济价值备受政府、学术界与产业界的重视，近年来试点应用和产业化也呈现出快速发展趋势；量子通信的试点应用催生了一批由科研机构孵化的量子技术科技产业实体，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，进行量子保密通信前沿研究成果向应用技术和商用化产品的转化，同时国家对于量子通信的专项投入和政策扶持也为其快速发展注入了强劲动力[6]。

量子通信与现有通信的融合将是一个相互取长补短的过程，未来量子通信将与现有通信深度融合——量子通信不会完全替代现有的通信技术，而是在现有技术基础上，在物理层、网络层、应用层将两者进行融合。

第三章结束语

本文主要介绍了量子通信的基本概念与方法、技术模型, 以及未来应用前景。量子通信，就是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。也就是说，使用量子通信传递信息，我们的信息安全可以得到很好的保障。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，与此刻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。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。

参考文献

[1]量子通信——以实验驳倒爱因斯坦．中国科普博览.2013(5)

[2]蒋佳玲朱长明. 量子通信技术发展现状及应用[A].国际太空.2015.(11)

[3]宋海刚,谢崇波. 量子通信实用化现状分析与探讨[J]. 中国基础科学. 2011(03)

[4]詹源源.量子通信技术的发展动态及应用[期刊论文]-科协论坛（下半月） 2011(2)

[5]责任编辑. 量子通信技术应用前景广阔.中国信息产业网.2015(7)

[6]席晓. 从科研转入试点量子通信有望彻底解决通信安全问题[期刊论文]-通信世界 2015(23)

注释

①薛定谔方程表明量子力学中，粒子以概率的方式出现，具有不确定性，宏观尺度下失效可忽略不计。

②量子态不可克隆原理：量子不可克隆:量子力学的线性特性禁止对任意量子态实行精确的复制,量子不可克隆定理和不确定性原理构成量子密码术的物理基础。

③量子态的测量塌缩性质：量子塌缩，是对一个由测量量的多个本征态叠加起来的态进行测量时，这个态会塌缩成其中的一个本征态。

④量子态隐形传输：量子态隐形传输就是指利用“量子纠缠”技术，借助卫星网络、光纤网络等经典信道，传输量子态携带的量子信息。

致谢

在经过这学期通信新技术讲座课程的学习，我从老师们身上学到了很多全新的知识。无线电、5G、3C融合、MIMO、量子通信等，我对通信新技术这个领域产生了很强烈的兴趣。相信在未来的通信产业发展中，一定会有越来越多的通信新技术被发明利用，造福社会。

最后，非常感谢老师们对我的辛勤培育和尊尊教诲。希望在以后的学习道路上能够持之以恒，永不气馁，遇到问题不逃避，迎难而上。

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。

量子密钥分发的后处理简介

量子密钥分发的后处理过程 摘要 在当今的信息社会中,通信技术发挥着越来越重要的作用,同时人们对通信安全性也提出了越来越高的要求。经典密码学是保障信息安全的有效工具,然而随着计算机和量子计算的发展,基于数学计算复杂性假设的经典密码体制日益受到严峻的挑战。量子密码学建立在量子力学原理基础上,被证明能够提供信息论意义上的绝对安全性。 量子密钥分发(QKD)作为量子密码学的一种重要应用,在量子测不准原理和不可克隆性定理保障下,使合法通信双方Alice 和Bob 能够在存在窃听者Eve 的情况下建立无条件安全的共享密钥。QKD 包括量子信道传输、数据筛选、密钥协商和保密增强等步骤,其中密钥协商和保密增强合称为后处理。后处理算法对QKD 的密钥速率和安全距离起着至关重要的作用。 本文主要介绍量子密钥分发后处理过程的基本含义，步骤和主要的算法。（量子信道传输的过程请参见汇报PPT。）

I.简介 在量子密钥分发实验中,通过量子信道通信后双方获得的密钥元素并不能直接作为密钥来使用,由于信道不完善性以及窃听者Eve 的影响,使得双方拥有的密钥元素串之间存在误差,并且有部分信息为窃听者Eve 所了解,我们需要引入后处理算法来获得最终完全一致且绝对安全的密钥串。 后处理算法包括三个步骤,即数据筛选、密钥协商和保密增强，其中主要的步骤是密钥协商和保密增强。 (1)筛选数据(Distill Data) 发端Alice 和收端Bob 先交换部分测量基（例如前10%）放弃基不同的数据后公开进行比对，测量得到误码率，若误码率低于我们的要求（例如25%），确定没有窃听存在，即本次通信有效，若超过这个要求值则发端Alice和收端Bob 放弃所有的数据并重传光量子序列。若通信有效，则通过对剩下的数据比较测量基后会放弃那些在传送过程中测量基矢不一致或者是没有收到的数据，或者是由于各种因素的影响而不合要求的测量结果，这一过程称为筛选数据。通过这一过程也可以检测出是否有窃听的存在，并确定双方的误码率，以便下一步进行数据协调。 (2)数据协调(Error Reconciliation) 经过筛选之后所得到的筛选数据(sifted key)并不能保证发端Alice和收端Bob的数据完全一致，因此要对双方的筛选数据进行纠错。即通过一定的算法，利用公开信道对筛后数据进行纠错，这一过程称之为数据协调。对数据协调的要求有：将误码率降低至适宜于使用；尽量减少窃听者获取的信息；尽量保留最多的有效数据；速度要够快并尽量节省计算以及通信资源。这样虽然使密钥长度有所缩短，但保证了密钥的安全性。 (3)密性放大(Privacy Amplification) 密性放大最早是应量子保密通信的需要而提出来的，但是现在已经成为经典保密通信的重要课题之一。密性放大又称作密性强化，它是一种通过公开信道提

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

实际量子密钥分发系统安全性研究

实际量子密钥分发系统安全性研究 量子通信是量子物理学与信息学交叉发展而诞生的新兴前沿学科。基于量子力学原理的量子通信协议相比于经典通信协议具有更多的优势。当前量子通信领域包括了量子密钥分发、量子隐形传态、量子秘密共享、量子数字签名、量子比特承诺、量子指纹识别、量子中继、量子数据锁、确定的安全直接通信等方向。量子纠缠和量子态叠加原理是量子通信的核心。 量子世界的神奇规律激发了研究者在理论和实验中进行广泛深入的研究,不同的量子通信协议和方案不断被提出。与其它量子通信协议相比,量子密钥分发经历了 30多年的发展,目前成为量子通信技术一个非常成熟的分支,已经朝向 实际的应用方面推进。例如基于光纤传输的京沪干线和沪杭干线都已建设完成,并且2016年中国首次发射基于自由空间传输的量子实验卫星“墨子号”,同时执行空地量子密钥分发任务的天宫二号相继成功发射。量子密钥分发的各种协议在理论上都趋于完善,通过信息理论和量子力学的完美结合得到安全性证明。 然而,由于实际器件的不完美引入的边信道泄露严重影响通信系统的安全性。尽管提出了设备无关协议用来关闭各种器件的非理想引入的漏洞,其安全性证明基于无漏洞的Bell态验证无需对量子设备进行假设和量化,然而无漏洞的Bell 态验证对实验的要求极为严苛,在现有光学技术下是非常困难的。目前测量设备无关协议是量子密钥分发领域普遍认为实用性和安全性结合地最好的协议,然而,测量设备无关协议有一个重要的安全性假设,要求实验中采用的相位编码和偏振编码完美无缺、没有错误。显然这个假设是非常不现实的,因此为了提高量子密码的安全性,从攻击者的角度研究协议和系统的安全性是势在必行的。 本论文作者在博士期间主要的工作包括:测量设备无关量子密钥分发、反事实量子密钥分发、环回差分相移量子通信和量子秘密共享。基于测量设备无关纠缠目击者提出一个源错误无关量子密钥分发协议,给出了集体攻击下协议的安全性,实现了实际量子密钥分发系统的安全性不依赖于源错误;基于测量设备无关 纠缠目击者方法结合探测设备无关思想提出一种探测设备无关量子秘密共享协议,不仅自动免疫所有针对探测器的攻击,而且将源不完美考虑到密钥公式中,实现了长距离的多方通信;在测量不可信的情况下,提出两种改进的环回差分相移 量子密钥分发方案,分别基于集体攻击和木马攻击给出了密钥公式;基于环回差

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/ea6646903.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

热词摘录 编者按:科技不断改变着我们的生活，科技术语也以日新月异的面貌悄然发生着变化。本刊致力于科技术 语的规范，同时也关注媒体中出现的科技热词。这些热词可能是早就规范了的科技术语，因某一科技事件 而频繁出镜;也可能还不具备明确的内涵，只是展现科技灵感的昙花一现，抑或会在经过时间的沉淀与凝 练后成为规范科技术语中的一分子。本刊特辟“热词摘录”这个小栏目，摘录媒体中出现的热词，透过语境 解读内涵，同读者一起聆听当下媒体的新声音。 第八大洲 日前,多名科学家在美国地质学会发表的研究报告宣称，发现了地球“第八大洲”，“新大洲”位于澳大 利亚以东，面积为490万平方公里，94%的面积在太平洋海水以下。他们建议“第八大洲”沿用“西兰蒂亚 洲”（Zealandia)这一名称。“第八大洲西兰蒂亚”如果能够得到世界公认，这一新的地理名词将改变人们的 地理认知,教科书也将被改写。 荫据英国《每日电讯报》2月16日报道，多名科学家在美国地质学会发表研究报告宣称，他们在澳大利亚东部发现了世 界“第八大洲”西兰蒂亚（Zealandia)。----《世界“第八大洲”藏在水下？》（《信息时报》，2017-02-18A16版）荫这不是突然发现，而是渐进发现的结果。“西兰蒂亚洲”这个名称是地质学家布鲁斯.卢因迪克于1995年提出的。 当时它被认为拥有大陆所需四大属性中的三种，近来利用卫星技术和海底重力图，科学家发现这块大陆是统一的区 域，完全满足了成为独立大陆所需要的条件。—《第八大洲？》（中央电视台新闻频道（CCTV13)，2017-02-18)荫在新西兰底下有一片大陆的理论，存在有些年头。1995年，一位地质学家给它起名叫“西兰蒂亚（Zealandia)”。不过，当时科学家们掌握的证据并不完整。如今这个说法再次被提出，是因为有一个最新证据“浮出水面”。研究人员 利用“俯瞰地球”的卫星，再加上“海底重力图”技术发现，这里是一块统一的区域。这一点被认为是成为独立大陆的 最后一个必要条件。据此，他们呼吁国际社会，承认这块大陆为世界第八个大洲，并且沿用“西兰蒂亚”这个20多年 前就已经提出来的名字。—《科学家宣称发现世界第八块大陆具备大陆所需特征》（央广网，2017-02-18)荫人们往往会认为，“在水面之上”才是定义“大陆”的关键性条件，不过这群研究者重新调整了大陆的“准入条件”，主 要有四个方面：高于它周边的地理区域；存在大范围的硅酸火成岩、变质岩和沉淀岩；其地壳相比通常意义上大洋地 壳要更厚，而且有着更低的地震波速;要有一块面积足够大的，能和大陆群岛、大陆碎块，或者碎条的集合有清晰边 界区隔的区域。这份研究报告指出，前三点是教科书对大陆的经典定义，而第四点则学界研究较少或者仍有争议。 —《某地质学家团队宣称Zealandia符合“大陆”的新定义》（观察者，2017-02-17) 量子通信 量子通信(quantum com m unication)是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种通信方式，是量子论和 信息论相结合的新的研究领域，主要涉及量子密钥分配、量子隐形传态和量子密集编码等技术。量子通信 因其高效、安全的信息传输特性而成为量子物理和信息科学的研究热点。从1993年量子通信概念和量子 隐形传送方案的提出，到1997年未知量子态远程传输的首次实现，到2006年超100公里诱骗态量子密钥 分发实验的成功，再到2009年实时语音量子保密通信的告捷,量子通信正从理论步人实验，迈向实际应用。而2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星一中国的“墨子号”成功发射，将助力于中国广域量子 通信网络的构建,国人为之振奋，“量子通信”再次成为媒体报道的焦点。 荫在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学家C.H.Bennett提出了量子通信的概念。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——以实验驳倒爱因斯坦》（中国科普网，2013-05-21) 79

[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/ea6646903.html,