量子糾纏技術(shù)與量子通信
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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)行干擾和偷聽(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：
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