量子通信
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量子通信范文第1篇
中圖分類號：TN918 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（a）-0093-02
在經典通信中是以比特作為信息單元，而在量子通信中是以量子比特作為信息單元，是通過量子比特信息的有效傳遞來實現量子通信，它主要包括量子信道傳送經典比特的量子密集編碼，用經典輔助辦法傳送量子態的量子隱形傳態以及信息保密傳送所需的絕對安全量子密碼等[1]，其中量子隱形傳態更是量子通信的典型方式之一，該文主要是通過對量子糾纏的分析探討超光速量子通信。
1 量子糾纏分析
1.1 量子糾纏的概念
量子糾纏又叫量子纏結，是一種量子力學中的現象，俗稱量子態，主要是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象，即使粒子在空間上有可能分開，但這種現象依然存在，當tt0時，這些量子態之間的相互作用現象則主要是由Hiber空間中相應的矢量進行描述，其空間構成的各個量子態系統則同樣由其Hiber空間中相應的矢量進行描述，這樣的空間量子態被稱為Hiber空間的直積態，反之就稱之為糾纏態，也就是說，如果存在量子糾纏態，最少需要兩個或兩個以上的量子態進行疊加作用才能得到體現[2]。
1.2 量子糾纏態
在量子力學中普遍存在量子糾纏態，假設①和②分別為兩個自旋的1/2粒子，由這兩個粒子組成量子糾纏態，這時的量子系統就處于自旋單態，其總自旋為0，也就是說量子系統是處于EPR對狀態，其各自的自旋方向則互相以反平行的方向出現，從而得出：
式中的和為①②粒子的自旋方向為向上，其自旋值為+1/2，而和則為①②粒子的自旋方向為向下，其自旋值為-1/2。通過上式可以看出，若是單獨對①②粒子的自旋進行測量，其自旋方向無非就是向上或向下，各自的幾率各占1/2，但是若只是針對①粒子進行局域測量，當其自旋方向向上或向下時，其另一個粒子②無論是否進行過測量，其自旋方向必然是向下或向上的（與另一個粒子的自旋方向相反），出現這種情況的主要原因就是當對粒子①進行測量，得出其自旋率為+1/2時，量子系統的狀態就已經從的狀態坍縮到了和的狀態上，因此就可以確定出粒子②處于狀態上，其自旋值為-1/2，由此也可以看出，粒子自旋態的構造形成與其出現坍縮之間是呈現非定域性的，所以，處于量子糾纏態的兩個粒子，若是對其中一個粒子進行測量，確定出其狀態，則對另一個粒子所處的狀態也可以間接確定出來，這就是量子糾纏態之間的非局域性關聯性[3]。
2 超光速量子通信的探討
2.1 量子通信方式
2.1.1 量子隱形傳態的原理
量子隱形傳態的通信方式是將所要傳遞的原始信息分成經典與量子兩個部分，其中經典信息部分是由經典信道的方式進行傳輸，也就是通常所見的電話，電傳等，而量子信息部分則是由量子信道進行傳輸，從而將某個原始信息，也就是其粒子的原始態從一方傳輸到另一方，即將這個原始信息的量子態制備到另一個粒子上，在整個信息傳輸過程中，其傳遞的主要就是呈現原始狀態的量子態，而不是原物本身，因此將這種傳遞狀態稱之為量子隱形傳態。
2.1.2 量子隱形傳態的實現過程
如圖1所示，為量子隱形傳態的實現過程圖，在圖中，A指的是量子傳態的發送者，而B則指的是量子的接收者，指的是待傳量子態，根據量子隱形傳態的傳輸規律，其信息的傳輸過程如下所示：
（1）將需要傳輸的信息制備到自旋為1/2的粒子①的量子態上，然后將粒子①放置在A處，而此時A并不知道粒子的真實狀態；
（2）待量子糾纏源產生EPR對時，使粒子②③也處于EPR狀態當中，待粒子②③分別傳送到A和B時，A和B之間也就建成了量子傳遞信道；
（3）在量子傳態的發送者A方中，將其粒子①②分別進行BELL基測量，分別得出不同的測量結果，同樣的，在接收者B方中將粒子③進行自旋測量，也會得出不同的測量結果，并且這個結果與公式中的某一項成對應關系：
（4）將A方中的測量結果以經典信道傳輸到B方，而B方則按此測量結果找到相對應的么正變化ui（i=1，2，3，4），相應的將測量結果表示為ui|Φ>3，最后再將測量結果進行逆變換ui-1，就得到|Φ>3-，這就是需要傳送的量子態，只不過原來屬于粒子①，現在則是已經制備到粒子③當中，也就是說已經完成了量子態|Φ>的傳送[3]。
2.1.3 量子隱形傳態的特點
量子隱形傳態的特點主要包含以下幾點：在進行量子信息傳遞時不需要提前知道接收方在何處；在進行量子信息傳遞的過程中不會受到任何的阻礙，其隱形傳態可以說是一種超越空間距離的傳送；量子信息的傳輸速度直接由量子態的坍縮速度來決定，而其坍縮速度更是直接超越了光速，因此量子隱形傳態的信息傳輸速度直接超越了光速；與經典信道的傳輸速度相比，原物信息的傳輸速度同樣不會超越光速。
3 超光速量子通信的實現
通過上文的探討分析，可以看出信息的傳送離不開兩個信道的共同作用，因此其信息的傳輸速度也就不會超越光速，而對于人類目前的研究來說，用量子信道來取代經典信道，即將經典信息通過量子信道進行傳送，不僅可以突破經典信道信息傳輸過程中的種種限制，同時還能實現超光速量子隱形傳態，也就是說實現了超光速的量子通信。
4 Y語
綜上所述，該文通過對量子糾纏的分析，探討超光速量子通信。首先對量子糾纏的概念以及量子糾纏態的局域性關聯性進行了分析；其次對量子通信的典型方式量子隱形傳態進行了分析，主要分析其原理，實現過程以及特點；最后探討超光速量子通信的實現問題。希望該文的分析探討對我國的超光速量子通信技術的研究與實踐能起到一定的幫助作用。
參考文獻
[1] 李同山，王善斌.量子糾纏與超光速量子通信[J].山東理工大學學報：自然科學版，2006（2）：89-92.
量子通信范文第2篇
關鍵詞量子；墨子號；量子通信衛星；量子通信
2016年8月16日凌晨1時40分，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”由我國酒泉衛星發射中心成功發射。全國人們為此歡呼雀躍，各大媒體也爭相報道這一科研壯舉。目前，我國已經成為世界上首個實現太空一地面量子通信的國家，然而對于普通人來說基于量子物理學發展而來的量子通信技術依然是晦澀難懂的深奧科學。那么，我們便基于量子衛星的發射來談一談量子衛星所涉及的基本科學問題。
1量子衛星
1.1量子衛星“墨子號”名稱的由來
在我國古代，墨子先生不僅創立了墨家學說，更是在傳世的《墨經》一書中提出了“光學八條”的理論。在“光學八條”中不僅描述了我國古代人民對光線的認識，也設計出了我國最早的小孔成像實驗，這是我國有關光學研究的基礎。為了紀念墨子先生，我國發射的全球首顆量子科學實驗衛星便被命名為“墨子號”。
1.2“量子”的定義
在1900年，著名的物理學家普朗克為了解釋黑體輻射現象提出了一個假設，即黑體輻射的能量只能取某一基本能量的整數倍。基于這一假設，在之后幾十年的研究中，研究者們陸續發現其他物理量也表現出了不連續的量子化現象，那么這些物理量中所存在的最小的基本單位便可以稱之為量子。量子理論的提出嚴重地沖擊了古典物理學，到20世紀早期，法國物理學家德布羅意便在普朗克
愛因斯坦的光量子論和玻爾的原子論的啟發下建立了量子力學理論。量子力學在現代科學技術中的多個領域中均有應用和突出貢獻，而量子通信技術也是基于量子力學發展而來的，對未來科學技術和文明的進步具有重要意義。
1.3量子通信
量子通信是利用量子態和量子糾纏效應進行信息或密鑰傳輸的新型通信方式。量子通信的主要目的便是保證信息傳輸過程中的無障礙傳送和信息安全。而在量子通信技術研究之前，人們為了保證傳輸信息過程中的安全問題，便選擇對所傳輸的信息進行加密。信息加密便是將我們要傳輸的信息（“明文”）轉化成別人不可識別的亂碼（“密文”）。在20世紀前中期，信息加密技術依然有其優越之處，也是人們普遍使用的方法。但是，電子計算機的出現使基于特定參數所建立的密鑰并不再安全。隨著現代電子計算技術的發展，直至量子計算機的研制成功，計算機的能力急劇加強，那么這種基于基本算法的信息加密技術在量子計算機面前形同虛設。為了保障新時代背景下的信息安全，量子通信技術得到快速發展。量子通信是基于早期的對稱密碼：“一次一密”。一次一密的概念在1917年由Vernam提出，然后于1949年被Shannon證明是無條件安全的。隨著量子理論的發展，在1984年，科學家Bennett和Brassard首次提出了第一個實用性的量子密碼的通信協議，該協議以兩者的名字命名。在其后，美國科學家完成了世界上第一個量子信息傳輸實驗，從此量子通信技術進入了蓬勃發展的時期。在1995年，我國中科院物理所在實驗室內完成了試驗性質的量子信息傳輸實驗。進入21世紀之后，量子通信技術蓬勃發展，先后實現了遠距離信息傳輸和量子密碼傳輸。
量子通信技術在信息傳輸的安全性和傳輸能力上具有極大的優勢。首先，在利用量子通信技術傳輸信息的過程中，由于信息的載體是光量子，而光量子的量子狀態是難以截獲的，因而利用量子通信傳輸的信息是不可能被盜取的。在現有的技術條件下，利用量子通信技術傳輸的信息是無條件安全的。其次，在量子通信過程中，量子態隱形傳輸技術可以實現無障礙通信。所謂的量子m纏態，便是兩個相互糾纏的粒子，當其中一個粒子的狀態發生變化時，另一個粒子的狀態會立即發生相應的變化。這種無視空間距離的和即時的信息傳輸能力是量子通信的巨大優勢。
1.4量子通信衛星
量子通信衛星是量子通信技術中的重要硬件設施。簡單來說，量子通信衛星的作用就是為傳輸的信息分配密鑰。量子通信過程中，負載信息的光量子在傳輸的過程中會逐漸衰減直至消失，因此光量子的傳輸存在著距離的限制。一般而言，當光量子在空氣中傳播100km時，光量子的信號已經難以檢測到了。但是，量子通信衛星在太空中進行光量子傳輸時，光信號在到達地表之前僅僅需要經過10km左右的大氣層，地面基站可以輕松地收到量子通信衛星發射的信號。量子通信衛星先向地面基站發送量子密鑰，經過比對之后建立絕對不可破譯的量子密鑰，繼而擁有相同量子密鑰的兩個地面基站，便可以把已經加密的信息通過傳統的信息傳輸方式（如互聯網、無線電話等）互相傳輸，而且所傳輸的信息也是絕對安全的。量子通信衛星的使用可以實現全球距離的信息傳輸。
2我國量子通信技術的發展
1）我國國家政策和戰略布局高度重視量子通信技術的研究和發展。量子通信技術已被列入國家“十二五”科技發展規劃綱要中，屬于國家重點發展的具有引領新興產業發展潛力的前沿技術。
2）我國的量子通信技術布局較早，發展較快，成果也更為顯著。早在1995年，中科院物理所便在實驗室內完成了我國首個的量子密鑰分發實驗演示。在其后，我國先后成立了中國科學技術大學量子物理與量子信息研究部、中國科學院量子技術與應用研究中心和中國科學院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心。這些研究中學的成立將會進一步推進我國量子通信技術領域的技術進步，使我國的量子通信技術研究始終走在全球前列。
“墨子號”衛星的發射僅僅是開始，在未來更多的量子衛星將會發射升空，進一步為我國建立洲際量子通信，乃至全球量子通信網絡。
量子通信范文第3篇
闡述了量通信工作原理及其發展歷史，討論未來量子通信在鐵路通信中的應用。
【關鍵詞】量子通信 鐵路通信 量子糾纏理論
1 背景分析
1905年，愛因斯坦在普朗克的量子假說基礎上提出的光的波粒二象性，即光既有粒子性特征又具有波動性特征，因此可以將光束看成由若干光量子所構成的粒子束。1926年，薛定諤發現了可以描述粒子隨時間變化規律的運動方程，即薛定諤方程，量子理論中的量子態就是依據薛定諤方程所演變而來。量子通信這一新概念是在1993年由美國科學家貝內特結合通信技術科學和量子力學理論提出來的，利用光的粒子特性，通過糾纏的光子對或光量子作為數據的載體，在理論上可實現更加大容量的數據傳遞，并能生成在理論上無法破解加密編碼，并有傳輸距離遠和不易受干擾的優點。
2 量子通信簡介
量子通信是先將光子變為量子態的光粒子而后在量子通道中進行傳輸，而光粒子的信息處理是指光粒子在量子態的幺正變換。量子通信與經典通信最大的不同是信息單元的不同，經典通信的信息單元是由二進制位表示而成，即1和0這兩種形態，而量子態的信息單元則有無窮多種組合，因為量子態是由兩個邏輯態的相干疊加而成，即|φ=a|0+b|1，其中a和b均是復數，并滿足a2+b2=1，只需改變a和b的值，便可得到無窮多種不同的量子編碼。
在理想化的量子通信中有兩種典型方式，即傳遞量子態所實現的直接通信方式和通過量子糾纏態實現的間接通信方式。
在直接傳遞的量子通信系統中，只將要傳遞的經典信息轉換成粒子的量子態，通過量子信道直接傳遞到信宿。
在間接傳遞的量子通信系統中，利用量子糾纏效應來傳遞信息。具體的說，產生于同一來源的兩個微觀粒子之間存在著某種“糾纏”關系，無論處于糾纏作用的兩個粒子相隔多遠，如果其中一個粒子的狀態發生變化，那么另一個粒子將隨著它的改變而改變，即處于糾纏狀態的兩個粒子無論相隔多遠，都可以感知和影響對方的狀態。間接傳遞的量子通信系統就是信源和信宿共享一對處于糾纏狀態的粒子，當需要發送數據時改變信源的粒子狀態，進而使在信宿的另一個粒子的狀態得以改變，實現信息的傳遞。
3 未來量子通信在鐵路通信上的應用方案
3.1 基于現有準單光信道的量子通信
此方案采用直接將量子態的粒子傳遞到接收端。因為在鐵路通信中所廣泛采用光通信技術已經相當成熟，所以用光子作為攜帶量子信息的首選載體。例如，利用光子的偏振、頻率或相位等特性來攜帶量子信息并可作為通信密鑰，以光纖作為信道，實現信息的傳遞。
在現有科研水平下單光子源、量子狀態的控制及量子態的測量技術還不夠成熟的情況下。可以通過采用在信息發送端以弱的相干光源，近似的作為量子信號源。在信息接收端采用靈敏度高的光電被增管、雪崩二極管或超導探測器等作為光量子探測器。此外，還要通過現有信道來配合進行量子狀態下的編碼與譯碼。
采用此種方案有如下特點：
（1）效率遠遠高于目前鐵路通信中主要采用的光纖通信、GSM-R通信等。
經計算，在經典信道下，當信道帶寬趨于無窮大時，信息效率為1.44bit/光子。而在常溫下T=300K且光頻率v=3×1014 Hz時，量子信道下的信息效率為69bit/光子。可見量子通信效率遠遠高于目前鐵路通信中所主要采用的光纖通信、GSM-R通信等。
（2） 容量大 。量子通信在理論上的傳輸時延可以為零，在單位時間的所傳輸的信息量是無限的。但光子在傳輸中會有損耗，所以量子通信在實際應用中的速率并不是無限大，但量子通信可實現比光纖通信高大約1000萬倍的傳輸速率。
（3）保密性好。量子編碼依據量子力學的測不準原理和量子不可克隆原理建立了不可能被破解的量子密鑰，在公開的信道下，非被量子密鑰的任何企圖都會被發現。因為處于量子糾纏狀態的某一光子一旦被檢測或干擾，就會改變相應的量子狀態，同時與其有糾纏效應的另一光子也會發生改變，進而影響整個量子糾纏系統。所以量子通信是全世界目前公認的在原理上絕對安全的通信方式。
目前此方案已在實驗室得以實現。
3.2 基于量子糾纏效應進行量子通信
此方案利用同一產生源所產生的兩個粒子具有粒子糾纏特性來進行通信。
相比上面所提到的特點。基于量子糾纏效應進行的量子通信還具有可實現超遠距理傳輸、信道不易受干擾等特點。可以克服目前高速鐵路信號發展所遇到的多普勒效應問題并大大降低由信道干擾所產生的誤碼率。
目前因如何產生量子糾纏對、如何控制分離的量子糾纏對等技術問題還未得以攻克，所以現在還無法得以利用量子糾纏效應實現量子通信。但在未來利用量子糾纏效應進行量子通信擁有著極大的利用價值。
4 市場前景分析
隨著國家大力發展高速鐵路，現有的鐵路通信技術在外來將越來越難以滿足高速鐵路發展的需求。量子通信的應用將極大的解決這個問題。超遠距離傳輸、無噪聲干擾傳輸等問題得到解決，鐵路通信將開啟新的篇章。
量子通信范文第4篇
AR游戲偃旗息鼓，量子通信強勢爆發。量子通信產業鏈驅動因素如下：第一，全球信息安全形勢日益嚴重，量子通信將成為國家信息安全問題的最佳解決方案之一。歐盟計劃2018年前啟動10億歐元的量子技術項目，美國也了國家量子環網計劃。第二，“十三五”規劃中已將量子通信和天地一體化信息網上升到國家戰略高度。今年下半年“京滬干線”、“杭滬干線”和“烏鎮量子通信城域網”建成，標志著量子保密城際固網建設逐步展開。未來三年京津冀、長三角、珠三角等重點城市群將啟動量子通信城域網建設，未來三年約有20個城市將建量子通信城域網。第三，機構預測，到2020年，我國量子通信市場規模將達到210億元，量子通信產業鏈潛在市場規模500-1000億元。第四，綜合新華社等媒體報道，我國首顆量子試驗通信衛星有望于7月擇機發射，我國將成為全球第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家，有望實現全球化的量子保密通信飛躍，迎來量子通信產業騰飛。
中小創市場科技創新投資主線，上周表現強勢的AR游戲概念股投資群體，隨著GQY視訊、恒信移動兩大龍頭股特停歸來的沖高回落，整個板塊進入了整理周期，量子通信產業鏈的崛起成為科技創新的新旗幟。主力機構依“量子通信超導材料通訊電纜”的投資路徑中線布局量子通信產業鏈，以福晶科技、光迅科技、三維通信為龍頭的量子通信概念股，以漢纜股份為龍頭的超導材料概念股，以通光線纜為龍頭的通訊電纜概念股，成為量子通信概產業鏈的領漲先鋒，初顯中線趨勢性牛股風姿。
縱觀本周中小創市場表現最牛的趨勢性牛股，其代表品種為：以和而泰為代表的“物聯網+大數據+中報高送轉”概念股，以智飛生物為代表的生物疫苗概念股，以樂金健康為代表的養老概念股，以華東數控、瑞凌股份為代表人工智能概念股，以浙江眾成、中能電氣成為代表的充電樁概念股，以潯興股份為代表的體育概念股，以摩登大道為代表”VR+電商”概念股，以羅普斯金、羅平鋅電為代表的有色金屬概念股。此外，以吳通通訊（復牌+10轉30）、和而泰為代表的中報高送轉預案概念股，以蘇州設計為代表的中報高送轉潛力股，成為中報投資主線的少有的閃光點。
量子通信范文第5篇
全國政協委員、中國科技大學常務副校長潘建偉將信息安全泄露形容為一場“沒有硝煙的戰爭”。據他介紹，量子通信從原理上說，基于量子力學的基本原理來保障通信安全，因具有不可克隆的特質，因此對于安全信息“裸奔”是比較徹底的解決方式。
潘建偉對記者說到，目前城域光纖量子通信技術已成熟，中國量子通信的實用化也處于國際領先水平，有若干量子通信領域的產業化實體，將技術成果轉化為實用。量子通信技術，由于運用了光量子的物理特性，決定了這種傳輸方式的相對安全性。根據資料顯示，單個光子不可被分割。如遇到光子被攔截，那么接收端就無法再接收到這粒光子，造成通信失敗。
其次，量子態擁有不可復制性，一旦粒子被復制，就會被破壞，可以保證信息傳遞的安全性。而傳統的通信加密協議，則源于復雜的算法和公式，極易被破解。其實并不是把信息用量子當作載體，而是產生密鑰，同時增加了安全通信距離、提高安全率和提高現實系統安全性。并且，密鑰也從最早的“密碼本”，再到“互聯時代”，使用加密標準RSA算法，最終，物理學家Bennett和密碼學家Brassard提出了基于量子力學測量原理的“量子密鑰分配”BB84協議，保證了密鑰的安全性。據專家介紹，簡單來說，其實量子密鑰的安全性就來自光子偏轉時的不同角度。
從原理上來講，量子通信可以確保傳輸時的身份認證、加密傳輸以及數字簽名等的安全性，可從根本上解決信息安全問題。
近年來中國在量子通信領域成果卓越，2016年8月16日我國在酒泉衛星發射中心成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。“墨子號”主要的實驗目標是通過衛星和地面站之間的量子密鑰分發，實現星地的量子保密通信。2017年1月18日，“墨子號”衛星圓滿完成了4個月的在軌測試任務，正式交付用戶單位使用。2017年2月，合肥綜合性國家科學中心暨量子信息與量子科技創新研究院啟動建設。2017年3月5日，在全國政協十二屆五次會議小組會議上，潘建偉表示世界首條千公里級量子保密通信網絡“京滬干線”已全線貫通，將于近期正式開通運行。
