量子通信論文

　　所謂量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。下面小編整理了量子通信論文，希望對你們有用!

　　量子通信論文一

　　淺析量子通信及其應用前景

　　由于以微電子技術為基礎的信息技術應用即將達到物理極限，以量子效應為基礎的量子通信具有高效率和絕對安全等特點，

　　是近二十年來國際上量子物理和信息科學的研究熱點，其應用方面前景廣闊。

　　1.量子通信的基本原理及發展

　　量子是對原子、電子、光子等物質基本單元的統稱。

　　量子通信(Quantum Teleportation)是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式，是量子論和信息論相結合的新研究領域。

　　量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等。

　　1.1量子通信的起源

　　量子通信起源于19世紀20年代的“量子糾纏”。

　　在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發生變化，就能立即影響到另外一個粒子，

　　即兩個處于糾纏態的粒子無論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態，類似于人類的“心靈感應”。

　　值得一提的是，盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現象的存在，卻不愿意接受它，并把它斥之為“幽靈般的超距作用(spooky action at a distance)”，

　　認為在量子力學的詮釋背后一定有著更根本的規律，它們才能正確、全面地解釋量子現象。

　　1.2量子通信的雛形

　　量子通信的概念是美國科學家貝內特(C.H.Bennett)于1993年提出，即是由量子態攜帶信息的通信方式，利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現保密通信過程。

　　量子通信的概念提出后，有6位來自不同國家的科學家基于量子糾纏理論，提出了利用衛星網絡、光纖網絡等傳統信道與量子糾纏技術相結合的方法，

　　實現量子隱形傳送的方案，即將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態上，而原來的粒子仍留在原處，這就是量子通信最初的基本方案。

　　量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。

　　1.3量子通信的現狀

　　目前對量子通信的理論方案和實驗研究，主要集中于利用光纖信道和點對點的陸地無線光信道。

　　在標準光纖信道中，xx年6月，一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組，在量子通信研究中創造了通信距離144公里的紀錄。

　　在點對點通信上，xx年，在《新物理學》(New Journal of Physics)雜志上，一支意大利和奧地利科學家小組宣布，他們首次識別出從地球上空1500公里處的人造衛星上反彈回地球的單批光子，實現了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。

　　在多點通信上，xx年9月，中國科學技術大學潘建偉教授領銜的科研團隊，建成了3節點鏈狀16公里的自由空間量子信道，并在此基礎上建成了世界上首個全通型量子通信網絡，

　　首次實現了實時語音量子保密通信，在23km的自由空間信道中，實現了基于單光子的量子密鑰分配;在600m的自由空間中實現了基于糾纏光子對的量子密鑰分配實驗。

　　如果按照這種速度發展下去，量子通信預計在2020年之前就可以進入實用。

　　2.量子通信的主要特點

　　量子通信與成熟的傳統通信技術相比，具有以下主要特點：一是保密性強。

　　量子密碼通信其實不在于密碼通信本身，量子密碼技術不是用于傳輸密文，而是用于建立傳輸密碼本。

　　根據海森伯不確定性原理和量子不可克隆的特點，信息的量子比特或量子位一經檢測，就會產生不可還原的改變，用量子位傳遞加密信息，若在到達預定接收者途中被竊取，預定接收者肯定能夠發現。

　　再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且絕對不會重復使用，確保了通信的保密安全。

　　二是隱蔽性高。

　　量子通信利用單量子糾纏現象，使光子、電子甚至是原子之間能相互影響(制約)，從而傳遞信息。

　　當其中的一個量子發送信息時，它本身并不移動，也不用借助其他媒介，另一個相關量子自然會接收到這個信息，空間距離和中間介質將不再成為通信的障礙。

　　由于量子通信過程不存在任何電磁輻射，無論現有的無線電探測系統性能如何先進，對量子通信這種完全無“電磁”的通信目標，也是無能為力的。

　　三是應用性廣。

　　由于量子通信過程與傳播媒質無關，傳遞的過程不會被任何障礙阻隔，甚至量子隱形傳態過程中可穿越大氣層，所以說量子通信的應用非常廣泛，

　　它既可以在太空中進行通信，又可以在海底等惡劣條件下通信，還可以在光纖等介質中進行信息“傳遞”。

　　應用到衛星通信、深海通信、太空通信和光纖通信等領域的前景廣闊。

　　四是時效性高。

　　由于量子通信時延為零，可以實現超光速通信，將極大地提高通信速度;量子通信具有空間遠距離、大容量、易組網等特點，

　　可以用來構筑高速、大容量的通信網絡，用于高清晰度圖像、大容量、超高速數據的傳輸，便于建立量子因特網。

　　3.量子通信的應用前景

　　3.1建立全新衛星通信網

　　由于單光子在現在的硅光纖和陸上自由空間中的傳輸距離受到了限制，使量子通信的距離目前只有百余公里，無法實現全球范圍意義上的量子通信。

　　現在已經得到廣泛應用的衛星通信和空間技術，給全球范圍的量子通信提供了一種新的解決方案。

　　即可以通過量子存儲技術與量子糾纏交換和純化技術的結合，做成量子中繼器，突破光纖和陸上自由空間鏈路通信距離短的限制，延伸量子通信距離，實現真正意義上的全球量子通信。

　　3.2構建超光速信息網絡

　　隨著量子通信技術的研究突破和日趨成熟，可以利用量子隱形傳態以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特點，建立有特殊需求的超光速量子通信網絡。

　　利用量子通信網絡可實現大容量、高速率信息傳輸處理及按需共享，滿足信息綜合分析及輔助決策的需求。

　　3.3用于深海通信

　　目前岸基與深海之間的通信是采用長波通信方式，不僅系統龐大、設備造價高、抗毀性差，而且僅能實現海水下百米左右的通信。

　　量子通信不同于傳統的“波”通信，在同等條件下，量子通信獲得可靠通信所需的信噪比，要比其他現有通信手段低30～40dB，加之量子通信的光量子隱形傳態與傳播媒質無關，這為深海通信開辟了一條嶄新的途徑。

　　3.4用于隱蔽保密通信網

　　通信隱身的關鍵之一是要降低電磁輻射，而目前的無線電通信都要依靠電磁波傳輸信號，特別是遠程無線電通信需要輻射很強的電磁波，

　　即使是激光通信，也要輻射很強的光波，而量子通信既無電磁波輻射，也無強光波輻射，且采用“一次一密”的加密方式，密碼具有“不可破特性”和“竊qie聽可知性”，從而確保了信息傳輸的安全，提高了信息保護和信息對抗能力。

　　3.5生成和分發通信密鑰

　　量子通信技術的最大特點是具有完全安全性，是傳統加密通信無法實現的。

　　由于量子密鑰是一套隨機數列，且密鑰的載體是量子態的粒子，所以不能被半路偵測(測不準原理)。

　　可以通過天基平臺部署量子通信密鑰生成與分發系統，向任意用戶分發量子密鑰，從而構成安全可靠的通信網絡。

　　量子通信論文二

　　摘要：本文首先簡要描述量子糾纏技術，其次論述量子通信原理.最后提及量子通信發展的最新情況。

　　關鍵詞：量子通信 量子糾纏 隔空傳物

　　1、概論

　　量子技術于上個世紀八十年代誕生并在二十世紀末在國際學術界引起了巨大興趣和高度重視。

　　以量子糾纏為原理的量子信息技術突破了現有信息技術的物理極限，在通信科學領域中提供新的原理和方法。

　　二十一世紀信息科學將從“經典”時代跨越到“量子”時代，其發展將對國民經濟軍事、國防安全等都有著直接而重大的影響，各國都將量子技術作為重大戰略點投入并發展。

　　2、量子糾纏技術

　　量子糾纏是一種存在于多種量子系統中的一種子系統。

　　從測量學的角度分析，量子糾纏的結果無法獨立于單獨的系統且必定聯系其他系統的參數。

　　通常，一個量子是無法產生糾纏態的，至少要有兩個量子位。

　　假設由C和D構成一個復合系統，如果其量子態不能表示為該系統的糾纏態，則此復合系統的波函數不能表示為該子系統的直積：

　　常見的糾纏態有：兩個粒子構成的貝爾基，它兩兩相交且具有最大的糾纏態;三個粒子構成的GHZ糾纏態等。

　　量子糾纏的實質是一種微觀的多系統之間的一種非定域的關聯，它是傳遞量子信息的通道，這也是用于實現量子通信的基礎。

　　3、量子通信技術

　　量子通信是以量子糾纏技術作為基礎，通過量子糾纏所產生的連鎖效應來實現信息傳遞的一種新型的通信方式。

　　量子通信結合了量子論和信息論，主要應用于量子密碼通信，遠程傳態等。

　　量子通信的信息單位稱為量子比特(qubit)，它是兩種邏輯態的疊加。

　　在量子通信中，我們用量子態來表示信息，信息傳遞和信息處理中遇到的問題都采用量子理論來處理，其中，

　　信息的傳輸是利用量子態在量子通道中的傳送，信息的處理和計算是利用量子態的幺正變換，信息的提取是對量子系統進行測量。

　　我們看到，信息一旦量子化，則量子力學便成為了實現量子通信的物理基礎，量子具有如下特性：

　　(1)量子的糾纏性。

　　(2)量子的不可克隆性。

　　(3)量子的疊加性和相干性。

　　在量子通信系統中，兩個共享信息的人必須共享兩個幾乎一致的成對的量子(如光子)，當其中一個量子攜帶了信息，則此信息會消失或者重現在另一個光子上，以此實現“不加外力”方式傳輸信息。

　　所謂的“不加外力”傳輸是指信息在一個地方消失，又能在另一個地方重現的過程。

　　由于報文是一種“不加外力”方式傳輸信息，因此，量子通信中的發信者與收信者利用報文方式傳輸所共享的量子的數量取決于發送報文本身的長度。

　　由于量子只能成對產生且只能在一對發送者和接受者之間進行傳輸，所以量子通信網絡也只能是一個鏈路一個鏈路地建立。

　　量子通信的特點在于量子通信中的信息傳遞可以不通過通信雙方之間的空間，從而使得通信不會受到空間環境的制約與影響;量子通信的傳輸線路時延可以為0，是最快的通信方式;量子通信中，第三方是無法進行干擾和竊qie聽。

　　信息的載體—量子，是完全只保存在通信雙方處;量子通信不存在任何電磁輻射污染，屬于環保型新技術。

　　4、量子通信前沿

　　量子通信的實現方式通常有兩種：

　　(1)利用量子耦合技術，制造出多粒子的量子耦合態。

　　(2)利用生物技術，建立意識生物的意識器官之間的某種量子耦合。

　　今年五月，中國科學院成功實現了遠距離量子通信隱態傳輸。

　　量子的運動不遵循中學學過的牛頓定律和麥克斯韋電磁定律，也不遵循描述宏觀物體運動規律的相對論。

　　量子通信最突出的是不能同時滿足實在性和定域性。

　　由于量子處于所有可能狀態的疊加態，當你以不同方式觀測它時，它才明確呈現出特定的狀態，呈現何種狀態與觀測者和觀測方式有關。

　　其實現量子通信隱態傳輸原理如下：第一，把相干的兩個量子A和B分別傳送到信息的發端和收端;

　　第二，另取一個量子C(這個C就是要被傳輸的東西)，在發端對A和C做某種聯合測量;

　　第三，通過經典信道(比如打電話、發郵件等)把聯合測量A與C的結果告知B;

　　第四，收端在得知A與C聯合測量的結果之后，做某種運算(或測量)，運算之后B的狀態與C在測量之前的狀態就一致了(在發端對A和C進行測量的瞬間，

　　由于A和B是相干的，B的狀態也受到了某種程度的影響，這種影響，是C的初始狀態可以在B上還原的根本原因)。

　　到此為止，量子C在發端消失了(對量子的測量會導致量子狀態的變化，從這個意義上講，測量之后的C已經不是原來的C了)，它又出現在收端(收端量子B的狀態與原來C的狀態相同，從這個意義上講，C在收端重現了)。

　　具體到物體從某地消失，瞬間又出現在另外的地方，從上面的解釋可以知道，單從物理原理上說是可能的。

　　更嚴格的說法是物體在某地被銷毀，然后在另一地用相同的原料被重構。

　　與現在的通信方式相比，量子通信最大的特點是信道資源不再是瓶頸，甚至不再是有限的，量子信道的容量無限大，量子態傳輸的速度無限快，而且量子態的傳輸無法攔截，因而是絕對安全的。

　　參考文獻：

　　[1]張鎮九等.量子計算與通信加密[M].華中師范大學出版社，2003.

　　[2]陳志新等.量子保密通信及其發展[J].量子通信學報，2003.20(4)：385-390.

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