量子通信
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量子通信范文第1篇
中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0093-02
在经典通信中是以比特作为信息单元，而在量子通信中是以量子比特作为信息单元，是通过量子比特信息的有效传递来实现量子通信，它主要包括量子信道传送经典比特的量子密集编码，用经典辅助办法传送量子态的量子隐形传态以及信息保密传送所需的绝对安全量子密码等[1]，其中量子隐形传态更是量子通信的典型方式之一，该文主要是通过对量子纠缠的分析探讨超光速量子通信。
1 量子纠缠分析
1.1 量子纠缠的概念
量子纠缠又叫量子缠结，是一种量子力学中的现象，俗称量子态，主要是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象，即使粒子在空间上有可能分开，但这种现象依然存在，当tt0时，这些量子态之间的相互作用现象则主要是由Hiber空间中相应的矢量进行描述，其空间构成的各个量子态系统则同样由其Hiber空间中相应的矢量进行描述，这样的空间量子态被称为Hiber空间的直积态，反之就称之为纠缠态，也就是说，如果存在量子纠缠态，最少需要两个或两个以上的量子态进行叠加作用才能得到体现[2]。
1.2 量子纠缠态
在量子力学中普遍存在量子纠缠态，假设①和②分别为两个自旋的1/2粒子，由这两个粒子组成量子纠缠态，这时的量子系统就处于自旋单态，其总自旋为0，也就是说量子系统是处于EPR对状态，其各自的自旋方向则互相以反平行的方向出现，从而得出：
式中的和为①②粒子的自旋方向为向上，其自旋值为+1/2，而和则为①②粒子的自旋方向为向下，其自旋值为-1/2。通过上式可以看出，若是单独对①②粒子的自旋进行测量，其自旋方向无非就是向上或向下，各自的几率各占1/2，但是若只是针对①粒子进行局域测量，当其自旋方向向上或向下时，其另一个粒子②无论是否进行过测量，其自旋方向必然是向下或向上的（与另一个粒子的自旋方向相反），出现这种情况的主要原因就是当对粒子①进行测量，得出其自旋率为+1/2时，量子系统的状态就已经从的状态坍缩到了和的状态上，因此就可以确定出粒子②处于状态上，其自旋值为-1/2，由此也可以看出，粒子自旋态的构造形成与其出现坍缩之间是呈现非定域性的，所以，处于量子纠缠态的两个粒子，若是对其中一个粒子进行测量，确定出其状态，则对另一个粒子所处的状态也可以间接确定出来，这就是量子纠缠态之间的非局域性关联性[3]。
2 超光速量子通信的探讨
2.1 量子通信方式
2.1.1 量子隐形传态的原理
量子隐形传态的通信方式是将所要传递的原始信息分成经典与量子两个部分，其中经典信息部分是由经典信道的方式进行传输，也就是通常所见的电话，电传等，而量子信息部分则是由量子信道进行传输，从而将某个原始信息，也就是其粒子的原始态从一方传输到另一方，即将这个原始信息的量子态制备到另一个粒子上，在整个信息传输过程中，其传递的主要就是呈现原始状态的量子态，而不是原物本身，因此将这种传递状态称之为量子隐形传态。
2.1.2 量子隐形传态的实现过程
如图1所示，为量子隐形传态的实现过程图，在图中，A指的是量子传态的发送者，而B则指的是量子的接收者，指的是待传量子态，根据量子隐形传态的传输规律，其信息的传输过程如下所示：
（1）将需要传输的信息制备到自旋为1/2的粒子①的量子态上，然后将粒子①放置在A处，而此时A并不知道粒子的真实状态；
（2）待量子纠缠源产生EPR对时，使粒子②③也处于EPR状态当中，待粒子②③分别传送到A和B时，A和B之间也就建成了量子传递信道；
（3）在量子传态的发送者A方中，将其粒子①②分别进行BELL基测量，分别得出不同的测量结果，同样的，在接收者B方中将粒子③进行自旋测量，也会得出不同的测量结果，并且这个结果与公式中的某一项成对应关系：
（4）将A方中的测量结果以经典信道传输到B方，而B方则按此测量结果找到相对应的么正变化ui（i=1，2，3，4），相应的将测量结果表示为ui|Φ>3，最后再将测量结果进行逆变换ui-1，就得到|Φ>3-，这就是需要传送的量子态，只不过原来属于粒子①，现在则是已经制备到粒子③当中，也就是说已经完成了量子态|Φ>的传送[3]。
2.1.3 量子隐形传态的特点
量子隐形传态的特点主要包含以下几点：在进行量子信息传递时不需要提前知道接收方在何处；在进行量子信息传递的过程中不会受到任何的阻碍，其隐形传态可以说是一种超越空间距离的传送；量子信息的传输速度直接由量子态的坍缩速度来决定，而其坍缩速度更是直接超越了光速，因此量子隐形传态的信息传输速度直接超越了光速；与经典信道的传输速度相比，原物信息的传输速度同样不会超越光速。
3 超光速量子通信的实现
通过上文的探讨分析，可以看出信息的传送离不开两个信道的共同作用，因此其信息的传输速度也就不会超越光速，而对于人类目前的研究来说，用量子信道来取代经典信道，即将经典信息通过量子信道进行传送，不仅可以突破经典信道信息传输过程中的种种限制，同时还能实现超光速量子隐形传态，也就是说实现了超光速的量子通信。
4 Y语
综上所述，该文通过对量子纠缠的分析，探讨超光速量子通信。首先对量子纠缠的概念以及量子纠缠态的局域性关联性进行了分析；其次对量子通信的典型方式量子隐形传态进行了分析，主要分析其原理，实现过程以及特点；最后探讨超光速量子通信的实现问题。希望该文的分析探讨对我国的超光速量子通信技术的研究与实践能起到一定的帮助作用。
参考文献
[1] 李同山，王善斌.量子纠缠与超光速量子通信[J].山东理工大学学报：自然科学版，2006（2）：89-92.
量子通信范文第2篇
关键词量子；墨子号；量子通信卫星；量子通信
2016年8月16日凌晨1时40分，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”由我国酒泉卫星发射中心成功发射。全国人们为此欢呼雀跃，各大媒体也争相报道这一科研壮举。目前，我国已经成为世界上首个实现太空一地面量子通信的国家，然而对于普通人来说基于量子物理学发展而来的量子通信技术依然是晦涩难懂的深奥科学。那么，我们便基于量子卫星的发射来谈一谈量子卫星所涉及的基本科学问题。
1量子卫星
1.1量子卫星“墨子号”名称的由来
在我国古代，墨子先生不仅创立了墨家学说，更是在传世的《墨经》一书中提出了“光学八条”的理论。在“光学八条”中不仅描述了我国古代人民对光线的认识，也设计出了我国最早的小孔成像实验，这是我国有关光学研究的基础。为了纪念墨子先生，我国发射的全球首颗量子科学实验卫星便被命名为“墨子号”。
1.2“量子”的定义
在1900年，著名的物理学家普朗克为了解释黑体辐射现象提出了一个假设，即黑体辐射的能量只能取某一基本能量的整数倍。基于这一假设，在之后几十年的研究中，研究者们陆续发现其他物理量也表现出了不连续的量子化现象，那么这些物理量中所存在的最小的基本单位便可以称之为量子。量子理论的提出严重地冲击了古典物理学，到20世纪早期，法国物理学家德布罗意便在普朗克
爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子论的启发下建立了量子力学理论。量子力学在现代科学技术中的多个领域中均有应用和突出贡献，而量子通信技术也是基于量子力学发展而来的，对未来科学技术和文明的进步具有重要意义。
1.3量子通信
量子通信是利用量子态和量子纠缠效应进行信息或密钥传输的新型通信方式。量子通信的主要目的便是保证信息传输过程中的无障碍传送和信息安全。而在量子通信技术研究之前，人们为了保证传输信息过程中的安全问题，便选择对所传输的信息进行加密。信息加密便是将我们要传输的信息（“明文”）转化成别人不可识别的乱码（“密文”）。在20世纪前中期，信息加密技术依然有其优越之处，也是人们普遍使用的方法。但是，电子计算机的出现使基于特定参数所建立的密钥并不再安全。随着现代电子计算技术的发展，直至量子计算机的研制成功，计算机的能力急剧加强，那么这种基于基本算法的信息加密技术在量子计算机面前形同虚设。为了保障新时代背景下的信息安全，量子通信技术得到快速发展。量子通信是基于早期的对称密码：“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证明是无条件安全的。随着量子理论的发展，在1984年，科学家Bennett和Brassard首次提出了第一个实用性的量子密码的通信协议，该协议以两者的名字命名。在其后，美国科学家完成了世界上第一个量子信息传输实验，从此量子通信技术进入了蓬勃发展的时期。在1995年，我国中科院物理所在实验室内完成了试验性质的量子信息传输实验。进入21世纪之后，量子通信技术蓬勃发展，先后实现了远距离信息传输和量子密码传输。
量子通信技术在信息传输的安全性和传输能力上具有极大的优势。首先，在利用量子通信技术传输信息的过程中，由于信息的载体是光量子，而光量子的量子状态是难以截获的，因而利用量子通信传输的信息是不可能被盗取的。在现有的技术条件下，利用量子通信技术传输的信息是无条件安全的。其次，在量子通信过程中，量子态隐形传输技术可以实现无障碍通信。所谓的量子m缠态，便是两个相互纠缠的粒子，当其中一个粒子的状态发生变化时，另一个粒子的状态会立即发生相应的变化。这种无视空间距离的和即时的信息传输能力是量子通信的巨大优势。
1.4量子通信卫星
量子通信卫星是量子通信技术中的重要硬件设施。简单来说，量子通信卫星的作用就是为传输的信息分配密钥。量子通信过程中，负载信息的光量子在传输的过程中会逐渐衰减直至消失，因此光量子的传输存在着距离的限制。一般而言，当光量子在空气中传播100km时，光量子的信号已经难以检测到了。但是，量子通信卫星在太空中进行光量子传输时，光信号在到达地表之前仅仅需要经过10km左右的大气层，地面基站可以轻松地收到量子通信卫星发射的信号。量子通信卫星先向地面基站发送量子密钥，经过比对之后建立绝对不可破译的量子密钥，继而拥有相同量子密钥的两个地面基站，便可以把已经加密的信息通过传统的信息传输方式（如互联网、无线电话等）互相传输，而且所传输的信息也是绝对安全的。量子通信卫星的使用可以实现全球距离的信息传输。
2我国量子通信技术的发展
1）我国国家政策和战略布局高度重视量子通信技术的研究和发展。量子通信技术已被列入国家“十二五”科技发展规划纲要中，属于国家重点发展的具有引领新兴产业发展潜力的前沿技术。
2）我国的量子通信技术布局较早，发展较快，成果也更为显著。早在1995年，中科院物理所便在实验室内完成了我国首个的量子密钥分发实验演示。在其后，我国先后成立了中国科学技术大学量子物理与量子信息研究部、中国科学院量子技术与应用研究中心和中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心。这些研究中学的成立将会进一步推进我国量子通信技术领域的技术进步，使我国的量子通信技术研究始终走在全球前列。
“墨子号”卫星的发射仅仅是开始，在未来更多的量子卫星将会发射升空，进一步为我国建立洲际量子通信，乃至全球量子通信网络。
量子通信范文第3篇
阐述了量通信工作原理及其发展历史，讨论未来量子通信在铁路通信中的应用。
【关键词】量子通信 铁路通信 量子纠缠理论
1 背景分析
1905年，爱因斯坦在普朗克的量子假说基础上提出的光的波粒二象性，即光既有粒子性特征又具有波动性特征，因此可以将光束看成由若干光量子所构成的粒子束。1926年，薛定谔发现了可以描述粒子随时间变化规律的运动方程，即薛定谔方程，量子理论中的量子态就是依据薛定谔方程所演变而来。量子通信这一新概念是在1993年由美国科学家贝内特结合通信技术科学和量子力学理论提出来的，利用光的粒子特性，通过纠缠的光子对或光量子作为数据的载体，在理论上可实现更加大容量的数据传递，并能生成在理论上无法破解加密编码，并有传输距离远和不易受干扰的优点。
2 量子通信简介
量子通信是先将光子变为量子态的光粒子而后在量子通道中进行传输，而光粒子的信息处理是指光粒子在量子态的幺正变换。量子通信与经典通信最大的不同是信息单元的不同，经典通信的信息单元是由二进制位表示而成，即1和0这两种形态，而量子态的信息单元则有无穷多种组合，因为量子态是由两个逻辑态的相干叠加而成，即|φ=a|0+b|1，其中a和b均是复数，并满足a2+b2=1，只需改变a和b的值，便可得到无穷多种不同的量子编码。
在理想化的量子通信中有两种典型方式，即传递量子态所实现的直接通信方式和通过量子纠缠态实现的间接通信方式。
在直接传递的量子通信系统中，只将要传递的经典信息转换成粒子的量子态，通过量子信道直接传递到信宿。
在间接传递的量子通信系统中，利用量子纠缠效应来传递信息。具体的说，产生于同一来源的两个微观粒子之间存在着某种“纠缠”关系，无论处于纠缠作用的两个粒子相隔多远，如果其中一个粒子的状态发生变化，那么另一个粒子将随着它的改变而改变，即处于纠缠状态的两个粒子无论相隔多远，都可以感知和影响对方的状态。间接传递的量子通信系统就是信源和信宿共享一对处于纠缠状态的粒子，当需要发送数据时改变信源的粒子状态，进而使在信宿的另一个粒子的状态得以改变，实现信息的传递。
3 未来量子通信在铁路通信上的应用方案
3.1 基于现有准单光信道的量子通信
此方案采用直接将量子态的粒子传递到接收端。因为在铁路通信中所广泛采用光通信技术已经相当成熟，所以用光子作为携带量子信息的首选载体。例如，利用光子的偏振、频率或相位等特性来携带量子信息并可作为通信密钥，以光纤作为信道，实现信息的传递。
在现有科研水平下单光子源、量子状态的控制及量子态的测量技术还不够成熟的情况下。可以通过采用在信息发送端以弱的相干光源，近似的作为量子信号源。在信息接收端采用灵敏度高的光电被增管、雪崩二极管或超导探测器等作为光量子探测器。此外，还要通过现有信道来配合进行量子状态下的编码与译码。
采用此种方案有如下特点：
（1）效率远远高于目前铁路通信中主要采用的光纤通信、GSM-R通信等。
经计算，在经典信道下，当信道带宽趋于无穷大时，信息效率为1.44bit/光子。而在常温下T=300K且光频率v=3×1014 Hz时，量子信道下的信息效率为69bit/光子。可见量子通信效率远远高于目前铁路通信中所主要采用的光纤通信、GSM-R通信等。
（2） 容量大 。量子通信在理论上的传输时延可以为零，在单位时间的所传输的信息量是无限的。但光子在传输中会有损耗，所以量子通信在实际应用中的速率并不是无限大，但量子通信可实现比光纤通信高大约1000万倍的传输速率。
（3）保密性好。量子编码依据量子力学的测不准原理和量子不可克隆原理建立了不可能被破解的量子密钥，在公开的信道下，非被量子密钥的任何企图都会被发现。因为处于量子纠缠状态的某一光子一旦被检测或干扰，就会改变相应的量子状态，同时与其有纠缠效应的另一光子也会发生改变，进而影响整个量子纠缠系统。所以量子通信是全世界目前公认的在原理上绝对安全的通信方式。
目前此方案已在实验室得以实现。
3.2 基于量子纠缠效应进行量子通信
此方案利用同一产生源所产生的两个粒子具有粒子纠缠特性来进行通信。
相比上面所提到的特点。基于量子纠缠效应进行的量子通信还具有可实现超远距理传输、信道不易受干扰等特点。可以克服目前高速铁路信号发展所遇到的多普勒效应问题并大大降低由信道干扰所产生的误码率。
目前因如何产生量子纠缠对、如何控制分离的量子纠缠对等技术问题还未得以攻克，所以现在还无法得以利用量子纠缠效应实现量子通信。但在未来利用量子纠缠效应进行量子通信拥有着极大的利用价值。
4 市场前景分析
随着国家大力发展高速铁路，现有的铁路通信技术在外来将越来越难以满足高速铁路发展的需求。量子通信的应用将极大的解决这个问题。超远距离传输、无噪声干扰传输等问题得到解决，铁路通信将开启新的篇章。
量子通信范文第4篇
AR游戏偃旗息鼓，量子通信强势爆发。量子通信产业链驱动因素如下：第一，全球信息安全形势日益严重，量子通信将成为国家信息安全问题的最佳解决方案之一。欧盟计划2018年前启动10亿欧元的量子技术项目，美国也了国家量子环网计划。第二，“十三五”规划中已将量子通信和天地一体化信息网上升到国家战略高度。今年下半年“京沪干线”、“杭沪干线”和“乌镇量子通信城域网”建成，标志着量子保密城际固网建设逐步展开。未来三年京津冀、长三角、珠三角等重点城市群将启动量子通信城域网建设，未来三年约有20个城市将建量子通信城域网。第三，机构预测，到2020年，我国量子通信市场规模将达到210亿元，量子通信产业链潜在市场规模500-1000亿元。第四，综合新华社等媒体报道，我国首颗量子试验通信卫星有望于7月择机发射，我国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家，有望实现全球化的量子保密通信飞跃，迎来量子通信产业腾飞。
中小创市场科技创新投资主线，上周表现强势的AR游戏概念股投资群体，随着GQY视讯、恒信移动两大龙头股特停归来的冲高回落，整个板块进入了整理周期，量子通信产业链的崛起成为科技创新的新旗帜。主力机构依“量子通信超导材料通讯电缆”的投资路径中线布局量子通信产业链，以福晶科技、光迅科技、三维通信为龙头的量子通信概念股，以汉缆股份为龙头的超导材料概念股，以通光线缆为龙头的通讯电缆概念股，成为量子通信概产业链的领涨先锋，初显中线趋势性牛股风姿。
纵观本周中小创市场表现最牛的趋势性牛股，其代表品种为：以和而泰为代表的“物联网+大数据+中报高送转”概念股，以智飞生物为代表的生物疫苗概念股，以乐金健康为代表的养老概念股，以华东数控、瑞凌股份为代表人工智能概念股，以浙江众成、中能电气成为代表的充电桩概念股，以浔兴股份为代表的体育概念股，以摩登大道为代表”VR+电商”概念股，以罗普斯金、罗平锌电为代表的有色金属概念股。此外，以吴通通讯（复牌+10转30）、和而泰为代表的中报高送转预案概念股，以苏州设计为代表的中报高送转潜力股，成为中报投资主线的少有的闪光点。
量子通信范文第5篇
全国政协委员、中国科技大学常务副校长潘建伟将信息安全泄露形容为一场“没有硝烟的战争”。据他介绍，量子通信从原理上说，基于量子力学的基本原理来保障通信安全，因具有不可克隆的特质，因此对于安全信息“裸奔”是比较彻底的解决方式。
潘建伟对记者说到，目前城域光纤量子通信技术已成熟，中国量子通信的实用化也处于国际领先水平，有若干量子通信领域的产业化实体，将技术成果转化为实用。量子通信技术，由于运用了光量子的物理特性，决定了这种传输方式的相对安全性。根据资料显示，单个光子不可被分割。如遇到光子被拦截，那么接收端就无法再接收到这粒光子，造成通信失败。
其次，量子态拥有不可复制性，一旦粒子被复制，就会被破坏，可以保证信息传递的安全性。而传统的通信加密协议，则源于复杂的算法和公式，极易被破解。其实并不是把信息用量子当作载体，而是产生密钥，同时增加了安全通信距离、提高安全率和提高现实系统安全性。并且，密钥也从最早的“密码本”，再到“互联时代”，使用加密标准RSA算法，最终，物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的“量子密钥分配”BB84协议，保证了密钥的安全性。据专家介绍，简单来说，其实量子密钥的安全性就来自光子偏转时的不同角度。
从原理上来讲，量子通信可以确保传输时的身份认证、加密传输以及数字签名等的安全性，可从根本上解决信息安全问题。
近年来中国在量子通信领域成果卓越，2016年8月16日我国在酒泉卫星发射中心成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。“墨子号”主要的实验目标是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发，实现星地的量子保密通信。2017年1月18日，“墨子号”卫星圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。2017年2月，合肥综合性国家科学中心暨量子信息与量子科技创新研究院启动建设。2017年3月5日，在全国政协十二届五次会议小组会议上，潘建伟表示世界首条千公里级量子保密通信网络“京沪干线”已全线贯通，将于近期正式开通运行。
