量子通信論文
所謂量子通信是指利用量子糾纏效應進(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(shù)為基礎的信息技術(shù)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(diǎn)，
是近二十年來(lái)國際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)，其應用方面前景廣闊。
1.量子通信的基本原理及發(fā)展
量子是對原子、電子、光子等物質(zhì)基本單元的統稱(chēng)。
量子通信(Quantum Teleportation)是指利用量子糾纏效應進(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20年代的“量子糾纏”。
在量子力學(xué)中，有共同來(lái)源的兩個(gè)微觀(guān)粒子之間存在著(zhù)某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開(kāi)多遠，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(wú)論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態(tài)，類(lèi)似于人類(lèi)的“心靈感應”。
值得一提的是，盡管愛(ài)因斯坦最早注意到微觀(guān)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(xué)的詮釋背后一定有著(zhù)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(xué)家貝內特(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)現保密通信過(guò)程。
量子通信的概念提出后，有6位來(lái)自不同國家的科學(xué)家基于量子糾纏理論，提出了利用衛星網(wǎng)絡(luò )、光纖網(wǎng)絡(luò )等傳統信道與量子糾纏技術(shù)相結合的方法，
實(shí)現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(lái)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(tài)作為信息載體，通過(guò)量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)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(shí)驗研究，主要集中于利用光纖信道和點(diǎn)對點(diǎn)的陸地無(wú)線(xiàn)光信道。
在標準光纖信道中，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公里的紀錄。
在點(diǎn)對點(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(shí)現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)銜的科研團隊，建成了3節點(diǎn)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(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò )，
首次實(shí)現了實(shí)時(shí)語(yǔ)音量子保密通信，在23km的自由空間信道中，實(shí)現了基于單光子的量子密鑰分配;在600m的自由空間中實(shí)現了基于糾纏光子對的量子密鑰分配實(shí)驗。
如果按照這種速度發(fā)展下去，量子通信預計在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通信技術(shù)相比，具有以下主要特點(diǎn)：一是保密性強。
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，若在到達預定接收者途中被竊取，預定接收者肯定能夠發(fā)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(huì )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(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(guò)程不存在任何電磁輻射，無(wú)論現有的無(wú)線(xiàn)電探測系統性能如何先進(jìn)，對量子通信這種完全無(wú)“電磁”的通信目標，也是無(wú)能為力的。
三是應用性廣。
由于量子通信過(guò)程與傳播媒質(zhì)無(wú)關(guān)，傳遞的過(guò)程不會(huì )被任何障礙阻隔，甚至量子隱形傳態(tài)過(guò)程中可穿越大氣層，所以說(shuō)量子通信的應用非常廣泛，
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”。
應用到衛星通信、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(wǎng)等特點(diǎn)，
可以用來(lái)構筑高速、大容量的通信網(wǎng)絡(luò )，用于高清晰度圖像、大容量、超高速數據的傳輸，便于建立量子因特網(wǎng)。
3.量子通信的應用前景
3.1建立全新衛星通信網(wǎng)
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(wú)法實(shí)現全球范圍意義上的量子通信。
現在已經(jīng)得到廣泛應用的衛星通信和空間技術(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(guò)量子存儲技術(shù)與量子糾纏交換和純化技術(shù)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(shí)現真正意義上的全球量子通信。
3.2構建超光速信息網(wǎng)絡(luò )
隨著(zhù)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)現大容量、高速率信息傳輸處理及按需共享，滿(mǎn)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(cháng)波通信方式，不僅系統龐大、設備造價(jià)高、抗毀性差，而且僅能實(shí)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(tài)與傳播媒質(zhì)無(wú)關(guān)，這為深海通信開(kāi)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(wú)線(xiàn)電通信都要依靠電磁波傳輸信號，特別是遠程無(wú)線(xiàn)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(wú)電磁波輻射，也無(wú)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(tīng)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(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，是傳統加密通信無(wú)法實(shí)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(tài)的粒子，所以不能被半路偵測(測不準原理)。
可以通過(guò)天基平臺部署量子通信密鑰生成與分發(fā)系統，向任意用戶(hù)分發(fā)量子密鑰，從而構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(jiǎn)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)世紀八十年代誕生并在二十世紀末在國際學(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)展將對國民經(jīng)濟軍事、國防安全等都有著(zhù)直接而重大的影響，各國都將量子技術(shù)作為重大戰略點(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中的一種子系統。
從測量學(xué)的角度分析，量子糾纏的結果無(wú)法獨立于單獨的系統且必定聯(lián)系其他系統的參數。
通常，一個(gè)量子是無(wú)法產(chǎn)生糾纏態(tài)的，至少要有兩個(gè)量子位。
假設由C和D構成一個(gè)復合系統，如果其量子態(tài)不能表示為該系統的糾纏態(tài)，則此復合系統的波函數不能表示為該子系統的直積：
常見(jiàn)的糾纏態(tài)有：兩個(gè)粒子構成的貝爾基，它兩兩相交且具有最大的糾纏態(tài);三個(gè)粒子構成的GHZ糾纏態(tài)等。
量子糾纏的實(shí)質(zhì)是一種微觀(guān)的多系統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)現量子通信的基礎。
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，通過(guò)量子糾纏所產(chǎn)生的連鎖效應來(lái)實(shí)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(tài)等。
量子通信的信息單位稱(chēng)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(lái)表示信息，信息傳遞和信息處理中遇到的問(wèn)題都采用量子理論來(lái)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，信息的處理和計算是利用量子態(tài)的幺正變換，信息的提取是對量子系統進(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(gè)共享信息的人必須共享兩個(gè)幾乎一致的成對的量子(如光子)，當其中一個(gè)量子攜帶了信息，則此信息會(huì )消失或者重現在另一個(gè)光子上，以此實(shí)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(gè)地方消失，又能在另一個(gè)地方重現的過(guò)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(fā)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(fā)送報文本身的長(cháng)度。
由于量子只能成對產(chǎn)生且只能在一對發(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(guò)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(xiàn)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(wú)法進(jìn)行干擾和竊qie聽(tīng)。
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)，建立意識生物的意識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)現了遠距離量子通信隱態(tài)傳輸。
量子的運動(dòng)不遵循中學(xué)學(xué)過(guò)的牛頓定律和麥克斯韋電磁定律，也不遵循描述宏觀(guān)物體運動(dòng)規律的相對論。
量子通信最突出的是不能同時(shí)滿(mǎn)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)，當你以不同方式觀(guān)測它時(shí)，它才明確呈現出特定的狀態(tài)，呈現何種狀態(tài)與觀(guān)測者和觀(guān)測方式有關(guān)。
其實(shí)現量子通信隱態(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就是要被傳輸的東西)，在發(fā)端對A和C做某種聯(lián)合測量;
第三，通過(guò)經(jīng)典信道(比如打電話(huà)、發(fā)郵件等)把聯(lián)合測量A與C的結果告知B;
第四，收端在得知A與C聯(lián)合測量的結果之后，做某種運算(或測量)，運算之后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A和C進(jìn)行測量的瞬間，
由于A(yíng)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(對量子的測量會(huì )導致量子狀態(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(lái)的C了)，它又出現在收端(收端量子B的狀態(tài)與原來(lái)C的狀態(tài)相同，從這個(gè)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(shuō)是可能的。
更嚴格的說(shuō)法是物體在某地被銷(xiāo)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(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(wú)限大，量子態(tài)傳輸的速度無(wú)限快，而且量子態(tài)的傳輸無(wú)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(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，2003.20(4)：385-390.
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