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量子通信論文
所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)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(duì)你們有用!
量子通信論文一
淺析量子通信及其應(yīng)用前景
由于以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)應(yīng)用即將達(dá)到物理極限，以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的量子通信具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，
是近二十年來國際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)，其應(yīng)用方面前景廣闊。
1.量子通信的基本原理及發(fā)展
量子是對(duì)原子、電子、光子等物質(zhì)基本單元的統(tǒng)稱。
量子通信(Quantum Teleportation)是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)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(jié)合的新研究領(lǐng)域。
量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)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(jì)20年代的“量子糾纏”。
在量子力學(xué)中，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化，就能立即影響到另外一個(gè)粒子，
即兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子無論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和影響對(duì)方的狀態(tài)，類似于人類的“心靈感應(yīng)”。
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(xiàn)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(rèn)為在量子力學(xué)的詮釋背后一定有著更根本的規(guī)律，它們才能正確、全面地解釋量子現(xiàn)象。
1.2量子通信的雛形
量子通信的概念是美國科學(xué)家貝內(nèi)特(C.H.Bennett)于1993年提出，即是由量子態(tài)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(shí)現(xiàn)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(xué)家基于量子糾纏理論，提出了利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)信道與量子糾纏技術(shù)相結(jié)合的方法，
實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案，即將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)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(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J(rèn)識(shí)與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。
1.3量子通信的現(xiàn)狀
目前對(duì)量子通信的理論方案和實(shí)驗(yàn)研究，主要集中于利用光纖信道和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的陸地?zé)o線光信道。
在標(biāo)準(zhǔn)光纖信道中，xx年6月，一個(gè)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(chuàng)造了通信距離144公里的紀(jì)錄。
在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信上，xx年，在《新物理學(xué)》(New Journal of Physics)雜志上，一支意大利和奧地利科學(xué)家小組宣布，他們首次識(shí)別出從地球上空1500公里處的人造衛(wèi)星上反彈回地球的單批光子，實(shí)現(xiàn)了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。
在多點(diǎn)通信上，xx年9月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，建成了3節(jié)點(diǎn)鏈狀16公里的自由空間量子信道，并在此基礎(chǔ)上建成了世界上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，
首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語音量子保密通信，在23km的自由空間信道中，實(shí)現(xiàn)了基于單光子的量子密鑰分配;在600m的自由空間中實(shí)現(xiàn)了基于糾纏光子對(duì)的量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。
如果按照這種速度發(fā)展下去，量子通信預(yù)計(jì)在2020年之前就可以進(jìn)入實(shí)用。
2.量子通信的主要特點(diǎn)
量子通信與成熟的傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，具有以下主要特點(diǎn)：一是保密性強(qiáng)。
量子密碼通信其實(shí)不在于密碼通信本身，量子密碼技術(shù)不是用于傳輸密文，而是用于建立傳輸密碼本。
根據(jù)海森伯不確定性原理和量子不可克隆的特點(diǎn)，信息的量子比特或量子位一經(jīng)檢測，就會(huì)產(chǎn)生不可還原的改變，用量子位傳遞加密信息，若在到達(dá)預(yù)定接收者途中被竊取，預(yù)定接收者肯定能夠發(fā)現(xiàn)。
再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且絕對(duì)不會(huì)重復(fù)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(xiàn)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(dāng)其中的一個(gè)量子發(fā)送信息時(shí)，它本身并不移動(dòng)，也不用借助其他媒介，另一個(gè)相關(guān)量子自然會(huì)接收到這個(gè)信息，空間距離和中間介質(zhì)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(xiàn)有的無線電探測系統(tǒng)性能如何先進(jìn)，對(duì)量子通信這種完全無“電磁”的通信目標(biāo)，也是無能為力的。
三是應(yīng)用性廣。
由于量子通信過程與傳播媒質(zhì)無關(guān)，傳遞的過程不會(huì)被任何障礙阻隔，甚至量子隱形傳態(tài)過程中可穿越大氣層，所以說量子通信的應(yīng)用非常廣泛，
它既可以在太空中進(jìn)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(zhì)中進(jìn)行信息“傳遞”。
應(yīng)用到衛(wèi)星通信、深海通信、太空通信和光纖通信等領(lǐng)域的前景廣闊。
四是時(shí)效性高。
由于量子通信時(shí)延為零，可以實(shí)現(xiàn)超光速通信，將極大地提高通信速度;量子通信具有空間遠(yuǎn)距離、大容量、易組網(wǎng)等特點(diǎn)，
可以用來構(gòu)筑高速、大容量的通信網(wǎng)絡(luò)，用于高清晰度圖像、大容量、超高速數(shù)據(jù)的傳輸，便于建立量子因特網(wǎng)。
3.量子通信的應(yīng)用前景
3.1建立全新衛(wèi)星通信網(wǎng)
由于單光子在現(xiàn)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(shí)現(xiàn)全球范圍意義上的量子通信。
現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星通信和空間技術(shù)，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(chǔ)技術(shù)與量子糾纏交換和純化技術(shù)的結(jié)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(shí)現(xiàn)真正意義上的全球量子通信。
3.2構(gòu)建超光速信息網(wǎng)絡(luò)
隨著量子通信技術(shù)的研究突破和日趨成熟，可以利用量子隱形傳態(tài)以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特點(diǎn)，建立有特殊需求的超光速量子通信網(wǎng)絡(luò)。
利用量子通信網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)龐大、設(shè)備造價(jià)高、抗毀性差，而且僅能實(shí)現(xiàn)海水下百米左右的通信。
量子通信不同于傳統(tǒng)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(xiàn)有通信手段低30～40dB，加之量子通信的光量子隱形傳態(tài)與傳播媒質(zhì)無關(guān)，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(wǎng)
通信隱身的關(guān)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(hào)，特別是遠(yuǎn)程無線電通信需要輻射很強(qiáng)的電磁波，
即使是激光通信，也要輻射很強(qiáng)的光波，而量子通信既無電磁波輻射，也無強(qiáng)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?shù)陌踩�，提高了信息保護(hù)和信息對(duì)抗能力。
3.5生成和分發(fā)通信密鑰
量子通信技術(shù)的最大特點(diǎn)是具有完全安全性，是傳統(tǒng)加密通信無法實(shí)現(xiàn)的。
由于量子密鑰是一套隨機(jī)數(shù)列，且密鑰的載體是量子態(tài)的粒子，所以不能被半路偵測(測不準(zhǔn)原理)。
可以通過天基平臺(tái)部署量子通信密鑰生成與分發(fā)系統(tǒng)，向任意用戶分發(fā)量子密鑰，從而構(gòu)成安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。
量子通信論文二
摘要：本文首先簡要描述量子糾纏技術(shù)，其次論述量子通信原理.最后提及量子通信發(fā)展的最新情況。
關(guān)鍵詞：量子通信 量子糾纏 隔空傳物
1、概論
量子技術(shù)于上個(gè)世紀(jì)八十年代誕生并在二十世紀(jì)末在國際學(xué)術(shù)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(shù)突破了現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，在通信科學(xué)領(lǐng)域中提供新的原理和方法。
二十一世紀(jì)信息科學(xué)將從“經(jīng)典”時(shí)代跨越到“量子”時(shí)代，其發(fā)展將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)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(shù)作為重大戰(zhàn)略點(diǎn)投入并發(fā)展。
2、量子糾纏技術(shù)
量子糾纏是一種存在于多種量子系統(tǒng)中的一種子系統(tǒng)。
從測量學(xué)的角度分析，量子糾纏的結(jié)果無法獨(dú)立于單獨(dú)的系統(tǒng)且必定聯(lián)系其他系統(tǒng)的參數(shù)。
通常，一個(gè)量子是無法產(chǎn)生糾纏態(tài)的，至少要有兩個(gè)量子位。
假設(shè)由C和D構(gòu)成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，如果其量子態(tài)不能表示為該系統(tǒng)的糾纏態(tài)，則此復(fù)合系統(tǒng)的波函數(shù)不能表示為該子系統(tǒng)的直積：
常見的糾纏態(tài)有：兩個(gè)粒子構(gòu)成的貝爾基，它兩兩相交且具有最大的糾纏態(tài);三個(gè)粒子構(gòu)成的GHZ糾纏態(tài)等。
量子糾纏的實(shí)質(zhì)是一種微觀的多系統(tǒng)之間的一種非定域的關(guān)聯(lián)，它是傳遞量子信息的通道，這也是用于實(shí)現(xiàn)量子通信的基礎(chǔ)。
3、量子通信技術(shù)
量子通信是以量子糾纏技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過量子糾纏所產(chǎn)生的連鎖效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種新型的通信方式。
量子通信結(jié)合了量子論和信息論，主要應(yīng)用于量子密碼通信，遠(yuǎn)程傳態(tài)等。
量子通信的信息單位稱為量子比特(qubit)，它是兩種邏輯態(tài)的疊加。
在量子通信中，我們用量子態(tài)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(tài)在量子通道中的傳送，信息的處理和計(jì)算是利用量子態(tài)的幺正變換，信息的提取是對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行測量。
我們看到，信息一旦量子化，則量子力學(xué)便成為了實(shí)現(xiàn)量子通信的物理基礎(chǔ)，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(tǒng)中，兩個(gè)共享信息的人必須共享兩個(gè)幾乎一致的成對(duì)的量子(如光子)，當(dāng)其中一個(gè)量子攜帶了信息，則此信息會(huì)消失或者重現(xiàn)在另一個(gè)光子上，以此實(shí)現(xiàn)“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(gè)地方消失，又能在另一個(gè)地方重現(xiàn)的過程。
由于報(bào)文是一種“不加外力”方式傳輸信息，因此，量子通信中的發(fā)信者與收信者利用報(bào)文方式傳輸所共享的量子的數(shù)量取決于發(fā)送報(bào)文本身的長度。
由于量子只能成對(duì)產(chǎn)生且只能在一對(duì)發(fā)送者和接受者之間進(jìn)行傳輸，所以量子通信網(wǎng)絡(luò)也只能是一個(gè)鏈路一個(gè)鏈路地建立。
量子通信的特點(diǎn)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(huì)受到空間環(huán)境的制約與影響;量子通信的傳輸線路時(shí)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(jìn)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(huán)保型新技術(shù)。
4、量子通信前沿
量子通信的實(shí)現(xiàn)方式通常有兩種：
(1)利用量子耦合技術(shù)，制造出多粒子的量子耦合態(tài)。
(2)利用生物技術(shù)，建立意識(shí)生物的意識(shí)器官之間的某種量子耦合。
今年五月，中國科學(xué)院成功實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離量子通信隱態(tài)傳輸。
量子的運(yùn)動(dòng)不遵循中學(xué)學(xué)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(yùn)動(dòng)規(guī)律的相對(duì)論。
量子通信最突出的是不能同時(shí)滿足實(shí)在性和定域性。
由于量子處于所有可能狀態(tài)的疊加態(tài)，當(dāng)你以不同方式觀測它時(shí)，它才明確呈現(xiàn)出特定的狀態(tài)，呈現(xiàn)何種狀態(tài)與觀測者和觀測方式有關(guān)。
其實(shí)現(xiàn)量子通信隱態(tài)傳輸原理如下：第一，把相干的兩個(gè)量子A和B分別傳送到信息的發(fā)端和收端;
第二，另取一個(gè)量子C(這個(gè)C就是要被傳輸?shù)臇|西)，在發(fā)端對(duì)A和C做某種聯(lián)合測量;
第三，通過經(jīng)典信道(比如打電話、發(fā)郵件等)把聯(lián)合測量A與C的結(jié)果告知B;
第四，收端在得知A與C聯(lián)合測量的結(jié)果之后，做某種運(yùn)算(或測量)，運(yùn)算之后B的狀態(tài)與C在測量之前的狀態(tài)就一致了(在發(fā)端對(duì)A和C進(jìn)行測量的瞬間，
由于A和B是相干的，B的狀態(tài)也受到了某種程度的影響，這種影響，是C的初始狀態(tài)可以在B上還原的根本原因)。
到此為止，量子C在發(fā)端消失了(對(duì)量子的測量會(huì)導(dǎo)致量子狀態(tài)的變化，從這個(gè)意義上講，測量之后的C已經(jīng)不是原來的C了)，它又出現(xiàn)在收端(收端量子B的狀態(tài)與原來C的狀態(tài)相同，從這個(gè)意義上講，C在收端重現(xiàn)了)。
具體到物體從某地消失，瞬間又出現(xiàn)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(yán)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(gòu)。
與現(xiàn)在的通信方式相比，量子通信最大的特點(diǎn)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(tài)傳輸?shù)乃俣葻o限快，而且量子態(tài)的傳輸無法攔截，因而是絕對(duì)安全的。
參考文獻(xiàn)：
[1]張鎮(zhèn)九等.量子計(jì)算與通信加密[M].華中師范大學(xué)出版社，2003.
[2]陳志新等.量子保密通信及其發(fā)展[J].量子通信學(xué)報(bào)，2003.20(4)：385-390.
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