量子通信
一．经典通信系统模型
经典通信系统可以用下图所示的模型描述。
信源（Information source）：指产生消息的源泉。信息总是一个物理系统，其形态随空间坐标或时间变化。
空间信源(space source)：系统随时间改变形态，它生产在空间传输的信号，这样的物理系统称为空间信源。
时间信源(time source)：系统空间各部分有不随时间变化的不同的分布，它可能引起信号在时间中传输，这样的系统称为时间信源。编码(Encoding)：对信源进行处理，以提高信源传输的有效性和可靠性。
信道(Channel)：传输消息的媒介称为信道。
噪声(Noise):在传输过程中，由于干扰使编码的物态发生畸变。引起编码物理态畸变的各种因素称为噪声。
译码(Decoding)：由信道输出物态恢复信源输出的消息的过程叫译码。
信宿(Destination)：是消息传输的归宿和的地，即接收消息的人或仪器。
量子信息通信简介
量子信息科学是物理学与信息科学交叉融合产生的新兴学科领域，涉及物理、计算机、通信、数学等多个学科，对带动这些学科的发展具有重要意义。量子信息学为未来信息科学的革命性变革提供了可靠的物理基础。量子信息技术在运算速度、信息安全、信息容量等方面可突破传统信息系统的极限。
一．量子信息通信物理基础
1. 量子位（Quantum Bit: qubit ）
在经典信息理论中，信息量的基本单位是比特(bit)，一个比特是给
出经典二值系统一个取值的信息量. 例如，{0,1}
在量子信息理论中，量子信息的基本单位是量子比特(qubit)。一个
qubit 是一个双态量子系统，即两个线性独立的态，常记为：|0>和 |1>。以这两个独立态为基矢，张成一个二维复矢量空间，即二维Hilbert 空间。
量子位的物理载体：
光子： ()()>+>->=>+>>=y i x L y i x R ||21
| ,||21
|
|R>: 右圆极化偏振光， |L>： 左圆极化偏振光。
自旋1/2的粒子： |0＞，|1＞
二能级原子： |g ＞，|e ＞
迭加态： >+>>=1|0||b a ψ
|a|2, |b|2分别为测量时得到|0>,|1>的几率。
n 个qubit 态：张成一个2n 的Hilbert 空间，有2n 个相互正交的态：>i | ， i 是一个n 位二进制数。
例如：3个量子位有8个量子态：
|0>, |1>, |2>, |3>, |4>, |5>, |6>, |7>
|000>, |001>, |010>, |011>, |100>, |101>, |110>, |111>
n 个量子位的一般态表示为：
∑-=>>=1
20
||n i i i C ψ。 2．量子门
量子信息处理是对编码的量子态进行一系列幺正演化，对量子位最基本的幺正操作称为逻辑门。
经典门： OR ．AND 、CAND 、NOT 等
通用门组：{OR ，NOT}, {AND ， NOT}等。
量子门：
|a ＞
U|a ＞ 一位量子门 |a ＞ |a'＞ 二位量子门 |b ＞ |b'＞
|a ＞ |a'＞ 三位量子门 |b ＞ |b'＞
|c ＞ |c'＞
(1) 几种典型的一位量子门
1） 恒等门（I ）：
??
????>=??????>=??????=101| ,010| ,1001I |0＞ |0＞
|1＞ |1＞
2） 非门（X ）：
??????=0110X
>>=>
>=0|1|1|0|X X
3） Pi 相位门(Z):
>-=>>>=??
????-=1| 1| ,0| 0| ,1001Z Z Z 4） 位．相位反转门(Y):
>->=>>=??
????-==0|1| ,10 ,0110Y |Y|ZX Y 5） Hadamard 门（H ）： ()???
????>->>=>+>>=+=??
????-=)1|0(|211|)1|0(|210|H 21111121H Z X H （2）二位量子门
两量子门是作用在二个量子位上的么正变换，它的最有意义子集是：
U I ?><+?><|11||00|
第一位是控制位，第二位是靶位。当U 门是非门时，上述门称为控制非门。
???????>
>→>>→>>→>>→10|11|11|10|01|01|00|00|
仅当第一位是|1>时，第二位才反转。线路图：
a
b b
?????
???????>=?>>=????
?
?????>=?>>=00101|0|01| ,0000|0|00| ????
?
???????>=?>>=????????????>=?>>=10001|1|11| ,01000|1|10| 在这组基下，C-NOT 的矩阵表示：
?????
???????=0100100000100001NOT C （3）三位量子门――控制－控制－非门(T)
a a
b b
c c ⊕a ?b
??????
???????>→>>
→>>→>>→>>→>>→>>→>>→>110| 111|111| 110|101| 101|100| 100|011| 011|010| 010|001| 001|000| 000| T 门的矩阵表示：
????????????
??????????????=010000001000000000100000
0001000000001000000001000000001000000001T 3．量子信息的特征
量子信息是用量子态编码的信息, 量子态具有经典物理态没有的特殊性质，使得量子信息具有和经典信息不同的新特点：未知的量子态不能克隆(No-Cloning)、存在纠缠量子态。
1）量子No-Cloning 定理
如果|α>和|β>是两个不同的非正交态，不存在一个物理过程可以作出|α>和|β>两者的完全拷贝。
一个未知的量子态不能被完全拷贝。
要从编码在非正交量子态中获得信息，不扰动这些态是不可能的。 2）隐匿的量子信息
对于两量子位系统, 若对第一个量子位施加H 操作，着对第二个量子
位施加取第一个量子位作为控制位，第二个量子位作为靶位的控制非门操作，
|0＞
|0＞ 当输入态是|00>时：
()()>=>+>?>>+>?>+φ | 11|00|21
0|1|0|21
00|
当输入态是|01＞态时：
()()>=>+>?>>+>?>+ψ | 10|01|21
1|1|0|21
01|
当输入态是|10＞态时：
()()>=>->?>>->?>-φ | 11|00|21
0|1|0|21
10|
当输入态是|11>态时：
()()>=>->?>>->?>-ψ | 10|01|21
1|1|0|21
11|
由上面的变换可以看到，由二量子位的乘积态经上述变换操作后，可得到
的四个纠缠态{
}>>±±ψφ|,|，它们是最大纠缠态，通常称作Bell 态。 由于{
}>>±±ψφ|,|是四个互相正交态，可以用这四个态编码2 bit 的经典信息。一个bit 用来区分>φ|或>ψ|, 另一个bit 用来区分叠加态中的±1号，这二比特信息不同于储存在|0＞或|1＞中的信息，通过局域测量每个量子位，将不能提取编码在Bell 基中的信息，因而称上述信息为隐匿信息。
3)稠密编码
量子位可以用来储存、传输经典信息。例如为了传输一个经典串（10010），Alice可以发送5个qubit给Bob，这五个量子位依次制备在态|1＞，|0＞，|0＞，|1＞，|0＞态。当Bob接收到这些量子位时，使用基底{|0＞,|1＞}测量每个量子位，测量结果毫不含糊地得到位串(10010)，人而就可提取出Alice编码在其中的信息。这种通信方式和经典通信没有实质性差别，发送一个量子位，不可能传输多于一个经典bit信息。
但是使用纠缠现象可以实现只传送一个量子位，而传输2bit的经典信息。该现象称为稠密编码。
4) 量子隐形传态(Teleportation)
利用量子纠缠现象，可以实现不发送任何量子位而把量子位的未知态>
α|（即这个态包含的信息）发送出去。由于在发送过程中，每一步的操作都是线性的，所以对任意的纯态和混合态都适用，原则上可以传输任意复杂的量子态。
1993年，Bennett等4个国家的6位科学家联合提出的是一种量子隐形传态（Quantum teleportation）的方案，其基本思想是：为实现传送某个物体的未知量子态，可将原物的信息分成经典信息和量子信息两个部分，它们分别经由经典信道和量子信道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息。接受者在获得这两种信息之后，就可制造出原物的完美的复制品。在这个过程中，原物并未被传给接收者，它始终留在发送者处，被传送的仅仅是原物的量子态，发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的物理单元（如粒子）变换成为处于与原物完全相同的量子态，原物的量子态在发送都进行测量及提取经典信息时又遭破坏。因此，这是一种量子态的隐形传送，最终恢复原物量子态的粒子也可以不必与原物同类，只要它们满足相同的量子代数即可。由于经典信息对量子态的隐形传送是必不可少的（否则将违背量子不可克隆定理）而经典信息传递速度不可能快于光速，因此，量子隐形传态也不会违背相对论的光速最大原理。
二.应用前景
1.实现不可解密码通信
通信的信息若在传输途中被窃听，就会导致其性质发生变化，从而实现通信不可被窃听。将来，当量子计算机进入实用化阶段并被用作通信节点以后，便可以在整个网络进行量子信息通信，从而实现终端到终端(End To End)不可被窃听的通信。
量子密码的安全性由量子力学原理所保证。窃听者的基本策略有两类：一是通过对携带着经典信息的量子态进行测量，从其测量的结果来获取所需的信息。但是量子力学的基本原理告诉我们，对量子态的测量会干扰量子态本身，因此，这种窃听方式必然会留下痕迹而被合法用户所发现。二是避开直接量子测量而采量子复制机来复制传送信息的量子态，窃听者将原量子态传送给乙，而留下复制的量子态进行测量以窃取信息，这样就不会留下任何会被发现的痕迹。但是量子不可克隆定理确保窃听者不会成功，任何物理上可行的量子复制机都不可能克隆出与输入量子态完全一样的量子态来。
目前美、英、瑞士等国正致力于这方面的研究并在实验上取得重要进展，已经在光纤上实现67公里的密钥传送，在自由空间中实现10公里的密钥传送。西方国家的目标是在近5年之内实现量子密码实用化。目前在技术上遇到的主要困难是：如何增加量子密钥传输距离。有待突破的重要关键技术：一是红外（1.3微米、1.5微米）单光子探测器。这是因为光纤量子密钥传输是采用单个光子来实现的，光纤损耗阻碍着传输距离的提高，1.3微米和1.5微米是现在所使用的光纤损耗最小的波长，现有成熟的单光子探测器工作波长在可见光，理论上光子在光纤中传输的极限距离约为20公里。因此实用的红外单光子计数器成为关键性问题，二是单光子光源，现在量子密码研究中所使用的单光子光源是将相干光脉冲衰减到平均每个脉冲只有0.1 0.2个光子，这是一种近似的单光子源，其效率低，既影响量子密钥的传输距离，又影响其安全性，因为这种光源有可能在一个脉冲中同时出现两个光子。因此研制真实的单光子源成为量子密码研究的另一个关键性问题。美国、日本、西欧正在大力开展这些关键技术的研究，最近在《自然》、《科学》上也报导了一些重要进展，但仍未获得根本上的突破。
2. 实现超高速通信。
由于传输单位为量子，因此理论上可以实现接近无限高速的数据量传输。与目前利用光的波动性进行的现行光通信相比，由于所消耗的功率降低，因此也可以应用到卫星通信等领域。
现有的光通信技术是根据光的强弱用“0”或“1”表示数字信号，而量子通信则是用光子承载信息，通过光纤传输出去，其传输量将比现在的光通信技术在光纤的传输量增加上千万倍，100万个电影的信息量在1秒钟内就可传送出去。若把这种通信线路连成网络，庞大的声像信息就可迅速无阻地传递。
3.量子因特网
量子隐形传态所传送的是量子信息，它是量子通信最基本的过程。人们基于这个过程提出实现量子因特网的构想。量子因特网是用量子通道来联络许多量子处理器，它可以同时实现量子信息的传输和处理。相比于现在经典因特网，量子因特网具有安全保密特性，可实现多端的分布计算，有效地降低通信复杂度等一系列优点。目前学术界正在致力于研究量子通信网络的关键技术，如高亮度纠缠源、纠缠操作和纯化、量子中继和量子处理器等，并不断地取得重要的进展。相信在不久的将来，一种新颖的通信方式将会展现在人们的面前，发挥出奇特的作用。
目前,美国、欧盟和日本都在开发量子通信技术。
日本总务省决定从2001年度开始，由企业、科研院所和政府联手，合作研究传输速度为目前通信速度1000万倍的新型超高速光通信技术———量子信息通信，预计2010年完成该课题。也要奋起直追。
目前，研究人员已利用现有技术，在实验室实现了40千米“远距传输”。但这项技术也有其局限性，由于任何误操作都将销毁信息，发送方需通过常规通信方式与接收方联系并提供密钥，且一条信息在同一时间只能传给一个接收方。
美国防部正在制定量子信息科学计划，以开发在战场和全球进行“远距传输”(teleportation)的技术。该计划由美国陆军研究办公室协调，由陆军、国家安全局、国防高级研究计划局等共同投资，计划包括34个子项目，有21个大学和5个实验室参加.
三.研究内容
1.量子态的制备和操纵
量子态是信息的载体，量子信息的加工处理归根到底是一种量子态的操纵过程。因此，人们期望按照自己的意愿实现对量子态的制备和操纵，以达到特定的目的, 这就是所谓的量子态工程.
1)光场量子态的制备
制备光场量子态的方法主要有两种:
第一种方法是寻找一个适当的哈密顿量，使光场作一个特定的
么正变换而演化到所期待的量子态．在数学上，总可以找到一个适当的哈密顿量，使光场演化到一个特定的量子态．但在物理上能够实现的哈密顿量却很有限，因而这种方法有比较大的局限性．
另一种方法是利用量子纠缠．
2) 多原子最大纠缠态的制备
一个双能级原子等同于一个自旋为1/2的粒子，而且对原子的探测效率可基本上达到100%．此外，原子在空间上容易分开．因此，如何将多个原子制备到最大纠缠态是一个十分有趣的课题．多原子纠缠态的任意操纵还是实现量子计算机的基础．因而，各种多原子纠缠态的制备与操纵对推动量子信息科学的发展有着重要的意义．
3) 囚禁离子质心运动量子态的制备
一个被囚禁的离子可看作一个具有量子化质心运动的谐振子．当一个囚禁离子的内态受到经典激光场激发时，离子的动量也同时发生改变．这时，离子的内、外自由度发生耦合．囚禁离子的上述特征使得人们有可能通过调节经典场的参量（经典信息）来控制离子运动的量子态（量子信息）．
2. 量子信息学的基础理论
1)量子信息学的物理基础。重点研究量子纠缠、量子非局域性、量子测量、量子不可克隆性等基础理论。
2)量子编码。重点研究宏观多体体系消相干的物理过程和数学描述；研究具有更高效率、更强克服消相干能力的纠错、避错、容错的量子编码方案，以解决量子计算可靠性问题；研究构造无消相干子空间实现量子计算的方案。
3)量子算法。重点研究新的量子算法，如将更多属于经典复杂性理论中的难解（NP）问题变成量子计算的易解（P）问题；开拓Shor算法和
Grover算法等新的应用范围。
4)量子信息论。重点研究计算和通讯的复杂性理论，量子密码信息论，量子图灵原理和量子香农定理等。
3. 量子通信
1) 量子密码及新型量子安全体系的研究。重点解决将现有点对点的量子密码技术推向实际应用的关键性问题，如密钥检测、噪声通道对密码安全性的影响及克服办法等，以期尽早实现量子保密通信的实用化；提出并实现新的网络密码方案，为建立局域网量子保密通信打下基础；研究新型量子安全体系，如多维态或连续态的量子密码、量子身份识别等。
2) 量子隐形传态（Teleportation）的理论和实验研究。
重点解决有效测量光子Bell态的问题，实现光子态的量子隐形传态；研究并实现连续量子态的隐形传送；提出兼备信息传输和处理功能的新型量子通信的原理和方法。
3) 量子概率克隆的实验研究。提出光子态量子概率克隆机的方案，并在实验上演示成功；研究量子概率克隆应用于量子信息提取和量子态识别的途径；研究量子概率复制的原理和实验方案。
四．我们的研究方向和下一步计划
量子纠缠是量子隐形传态的核心，也是量子通信的主要资源，但目前关于量子纠缠理论的研究只是刚刚起步，还有大量的工作等着理论工作者和实验工作者去完成。两量子位的纠缠基本研究清楚，多量子位的纠缠仅限于三体和四体中的特殊情形。
我们主要研究了两量子位时温度对量子纠缠的影响，三量子位时杂质对量子纠缠的影响，小于等于五量子位时温度对“对量子纠缠”的影响，目前我们已在多量子位纯态纠缠的研究方面获得重要进展。
我们主要从事量子纠缠理论的基础研究和相关实验工作。
近期拟开展以下几方面的工作：
1）多量子位混合态纠缠的研究；
2）量子态的制备、识别和控制；
3）量子纠缠态的制备、识别和控制；
4）与2）和3）相关的量子通信实验。
吴世海编辑整理
量子纠缠及其在量子通信中的应用 吴家燕物理学专业15346036 摘要 量子理论为我们描绘了一幅与我们容易感知的由经典力学统治的现实世界有大不同的量子世界图象，而量子纠缠是量子世界特有的现象，在经典世界中没有对应。纠缠态的制备和各种测量仍然是现在前沿研究的一个热点话题。这小小的量子纠缠正在当今世界中，从量子密码到完全保密的量子通信，从量子计算机到未来的量子互联网，给人类带来新的希望。 关键词 量子纠缠量子比特量子隐形量子密钥量子通信 正文 量子纠缠现象 史上最怪、最不合理、最疯狂、最荒谬的量子力学预测便是“量子纠缠”。量子纠缠是一种理论性的预测，它是从量子力学的方程式中得来的。如果两个粒子的距离够近，它们可以变成纠缠状态而使某些性质连接。出乎意料的是，量子力学表明，即便你将这两个粒子分开，让它们以反方向运动，它们依旧无法摆脱纠缠态。 以电子的“自旋”作例子，电子的自旋直到你观测它的那一刻才能决定，当你观测它时，就会发现它不是顺时针转就是逆时针转。假设有两个互相纠缠的电子对，当其中一个顺时针转时，另一个就逆时针转，反之亦然。不过奇怪之处是它们并没有真正连接在一起。对量子理论坚信不疑的波尔和他的同事们相信，量子纠缠可以预测相隔甚远的电子对的状态，即便它们一个在地球，一个在月球，没有传输线相连，如果你在某个时刻观测到其中一个电子在顺时针旋转，那么另一个在同一时刻必定是在逆时针旋转。换句话说，如果你对其中一个粒子进行观测，那么你不止是影响了它，你的观测也同时影响了它所纠缠的伙伴，而且这与两个粒子间的距离无关。两个粒子的这种怪异的远距离连接，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。 波尔所拥护的量子力学方程式表明，相互纠缠的粒子即使相距很远，也可以互相连接。而克劳泽与阿斯佩的实验证明了量子力学的方程是正确的，纠缠是真实的，粒子可以跨越空间连接——对其一进行测量，确实可以瞬间影响到它远方的同伴，仿佛跨越了空间限制。 量子纠缠态特性 经典信息的基本单元是比特（bit），它是一个两态系统，可制备为两个可识别状态中的一个，例如：0或1。量子信息的基本单元称为量子比特（qubit），它也是一个两态系统，且是两个线性独立的态。量子比特的两个可能状态可表示为：|0>和|1>。量子比特和比特之间的最大区别在于量子比特还可以处在|0>和|1>之间的叠加态（superposition）上，因此量子比特的状态可看成是二维复向量空间中的单位向量。比特可以看成是量子比特的特例。 信息用量子态来表示便实现了信息的“量子化”，这是量子信息学的出发点。信息一旦量子化，量子力学特性便成为信息处理过程的物理基础：信息的演化遵从薛定谔方程，信息的传输就是量子态在量子通道中的传送，信息处理和计算是对量子态的幺正变换，信息提取则是对量子系统实行量子测量。
浅谈我国量子通信技术的发展现状及未来 趋势 量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。 【关键词】量子通信技术；发展现状；未来趋势 【Abstract】The quantum communication has the characteristics of super security，large channel capacity，super high communication speed and ultrahigh concealment. After 30 years of development，it has matured theoretically，and the technical scheme has gradually moved from the laboratory to the practical. Quantum communication technology has also achieved fruitful results. 【Key words】Quantum communication technology；Development status；Future trend 量子通信是利用量子纠缠效应改变量子态，从而实现信息传递的一种新型的通信方式，它是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。
空间量子通信技术 陈彦，胡渝 （ 电子科技大学 物理电子学院，成都 610054 ） 摘要：利用卫星来分发单光子（或纠缠光子对）的方法为远程量子通信网络提供了一种独特的解决方案。这将克服现有的光纤和陆上自由空间链路所带来的距离限制，实现真正意义上的全球量子通信。本文对这种设想进行了分析，证明这种设想有很高可行性。 关键词：量子通信; 空间技术; 光子分发 中图分类号：TN929.11；0431.2 文献标识码：A Quantum Communications in Space CHEN Y an ，HU Yu （Institute of Physics and Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu，610054 ） Abstract：Using satellites to deliver single photon or entangled photon pairs is a unique solution to realize long-distance quantum communications networks. This solution is able to overcome the disadvantage of transmission distance when using fiber and terrestrial free space optical links. And global quantum communications may be realized in this way. A scheme of using satellite to deliver single photon or entangled photon pairs is described，and the possibility of the scheme is proved. Key words：quantum communications; Space technology; photon deliver 1 引言 量子通信具有“容量大、速度快、通讯保密性极强”的优点，可完成经典信息处理方法所不能完成的任务。利用量子通信可以建立无法破译的密钥系统，因此量子通信已经成为当今研究的热点。已经在标准光纤信道中，已经实现了距离超过100KM的量子密钥分配实验。同时，还在23km的自由空间信道中，实现了基于单光子的量子密钥分配[1]；在600m的自由空间中实现了基于纠缠光子对的量子密钥分配实验[2]。目前对量子通信的理论方案和实验研究，主要集中于利用光纤信道和点对点的陆地无线光信道。但光子在光纤和陆上自由空间信道中的传输距离只是局域性的，无法满足全球性的量子通信的需要。人们需要一种新的量子通信方案。 2 在空间中进行量子通信 单光子（纠缠光子对）的分发是实现量子通信的前提。当光子在光纤信道中传输时，其能量会随传输距离的增加而衰减，光子的偏振特性也会在传输过程当中发生变化；若利用陆上自由空间信道，则光子的能量会被大气信道吸收而衰减，同时链路的维持也会受到大气条件或陆上阻碍物的影响。因此，单光子在现在的硅光纤和陆上自由空间中的传输距离受到了限制，从而无法实现全球范围内的量子通信。而现在已得到广泛应用的卫星通信和空间技术却给全球性的量子通信提供了一种新的解决方案。它可以克服光纤和陆上自由空间链路的通信距离限制，极大地延伸量子通信的范围，实现真正意义上的全球性量子通信。 2.1 空间量子通信方案 按照单光子（纠缠光子对）发送者的不同，空间量子通信方案可分为地基和空基两种。下面分别介绍这两种方案。 2.1.1 地基（earth-based）方案 地基方案设想包括一个地基发射终端，该终端可以向地面站和卫星分发单光子，或者进行纠缠光子共享。这样就能在这些通信终端之间进行量子通信。其中最简单的情况，是一个地面终端与另外一个地面终端进行直接的通信，即陆上自由空间量子通信链路。如前所述，这种情况的通信距离有限。而由单个地面终端和单个卫星终端组成的上行链路，
量子通信产业化还有多远？ 量子通信以其绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、可远距离传输信息和高效等特点，得到全球科技界、产业界普遍重视，主要国家争相将量子通信研究作为战略项目。量子通信已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。继微电子信息之后，量子通信极有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命 概念 利用量子纠缠效应进行信息传递 早在20世纪上半叶，科技界和产业界就期待找到一种新的通信方式——既不通过载体，也不受通信双方空间距离的限制，不存在任何传输延时。随着世界电子信息技术加快发展，以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限，量子通信的重要性日益凸显。 微观世界里，有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系，不管它们离多远，只要一个粒子状态发生变化，就能立即使另一个粒子状态发生相应变化。也就是说，两个处于纠缠状态的粒子无论相距多远，都能“感应”对方状态。利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式，就是量子通信。 量子理论认为，微观领域里，某些物质可以同时处于多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态。因此，对物质的测量意味着干涉，改变被测量物质的状态。基于这一原理，科学家们提出量子密码的概念，也就是用具有量子态的物质作为密码。这样一来，任何截获或测试量子密码的操作，都会改变量子状态。换言之，截获量子密码的人得到的只是无意义的信息，而信息的合法接收者也可以从量子态的改变中知道量子密码曾被截取过。量子密码被应用于量子通信系统中，便是所谓的“量子保密通信”。 光量子电话网和平常打电话一样，却不用担心被窃听。因为量子通信“一次一密”：两人通话期间，密码机每分每秒都在产生密码，一旦通话结束，这串密码就会立即失效，下一次通话绝对不会重复使用。 如何实现高速高效的量子通信，增强保真性，提升量子通信品质，是目前的前沿攻关领域。量子通信既可民用也可军用，可用于金融机构的隐匿通信等工程，也可用于对电网、煤气管网、自来水网等重要能源供给和民生网络基础设施的监视和通信保障。总之，量子通信同国民经济健康有序发展相关的部门或行业都联系直接、紧密。如果同卫星装置统一匹配，其应用领域还会更广、更多、更深。 中国
我国量子通信行业发展现状 2015年12月11日，欧洲物理学会新闻网站“物理世界”公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破，中国科学院院士潘建伟和陆朝阳等完成的科研成果“多自由度量子隐形传态”入选并名列榜首。 事实上，中国的量子通信技术已经达到世界顶尖水平，领先欧美国家不止一个身位。2016年，世界上第一条量子通信保密干线——“京沪干线”将正式建成，同时，由中国科学家自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星”也是发射在即。安信证券分析师李伟认为，2016年将是量子通信规模应用元年。 虽然科研水平高于欧美，但在国外，量子信息的研究主要是由Google、IBM、微软等科技巨头承担，中国急需一批企业将科研成果应用到商业市场上。2015年10月，阿里云与中科院旗下国盾量子在2015云栖大会上联合发布量子加密通信产品，随后又与中国科技大学等单位成立“中国量子通信产业联盟”，成为量子通信商业化的领跑者。 国内企业和研究机构加强合作，共同推进产业化。我国从事量子计算实验研究的主要单位是中国科技大学、清华大学、国防科技大学、南京大学和中国科学院武汉物理数学研究所等。2015年7月30日，阿里云与中科院在上海联合创立量子计算实验室，研究量子安全，计算领域。2015年8月31日，蓝盾科技晚间发布公告称，公司与华南师范大学信息光电子科技学院签署了《共建量子密码技术联合实验室框架协议》，双方拟共同筹建量子密码技术联合实验室。2015年11月13日，中航工业与中国科大共建量子技术研发中心。 我国量子通信行业项目建设情况 广域量子通信网络建设分三步走：（1）通过光纤—构建城域量子通信网络；（2）通过加中继器—构建城际网络；（3）通过卫星—实现洲际、星际网络。 2012年2月，由中国科学技术大学和安徽量子通信技术有限公司与合肥市合作的城域量子通信实验示范网建成并进入试运行阶段，使合肥市成为全国乃至全球首个拥有规模化量子通信网络的城市。 2013年11月“济南量子通信试验网”投入使用。这是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网，覆盖济南市主城区，包括三个集控站在内共56个节点，涵盖政务、金融、政府、科研、教育等五大领域。 随着量子通信城域网络在中国的迅速发展，越来越多的城市拥有自己的量子通信专网，上海、杭州、广州、深圳、乌鲁木齐等城市也在加紧建设量子通信城域网。为了连接各城市城域网，城际量子通信网络也将逐步建设。计划2016年建成的“京沪干线”将连接北京、济南、合肥、上海、杭州，全长2025公里，提供4城市间网状8Gbps加密应用数据传输业务，总带宽设计100G，总投资额5.6亿元人民币，首批客户
题目浅谈量子通信技术课程现代通信技术基础班级 学号 姓名 指导老师 2011 年12月10日
浅谈量子通信技术 摘要：量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。 关键词语: 量子通信量子力学 1、引言 量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。 2、量子通信的的提出 自1 9世纪进入通信时代以来,人们就梦想着像光速一样(甚至比光速更快)的通信方式.在这种通信方式下,信息的传递不再通过信息载体(如电磁波)的直接传输,也不再受通信双方之间空间距离的限制,而且不存在任何传输延时,它是一种真正的实时通信.科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式,这种通信方式被称为量子通信.与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,已成为国内外研究的热点.近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破,引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视.从人类信息交流
关键词:量子通信安全性中国发展 摘要:用国际顶级量子专家王肇中教授的话说，量子通信就是单模光纤两端加上能代替常用光模块功能的、光量子态的发送和接收设备，实现基于物理加密的保密通信。 量子通信技术基于量子物理学的基本原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。为了拓展应用、与现有通信系统兼容以及大量减少成本，需对点对点的通信方式进行组网并充分利用经典通信设施。与此同时，量子克隆技术的出现也使得我们开始重新审视量子通信的安全性问题。量子通信是相对最安全的，但任何事情都不是绝对的，有矛就有盾。一方面有“量子非克隆原理”，另一方面有实现近似量子克隆的“量子克隆机”。怎样可靠地评估安全性？怎样进行攻击？是值得研讨的问题。在不久的将来，量子通信与经典通信的融合发展将会带来通信世界的新纪元。 例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0~127。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是惊人的2，以及更高。 1. 欧洲联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC量子通信网络[8][9]。并于2008年10月在维也纳现场演示了一个基于商业网络的安全量子通信系统。该系统集成了多种量子密码手段，包含6个节点。其组网方式为在每个节点使用多个不同类型量子密钥分发的收发系统并利用可信中继进行联网。 息量子通信验证网”在北京开通，在世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。 2014年11月15日，团队研发的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里，刷新世界纪录。 2. 应用与用途 潘建伟教授指出，量子通信技术的实际应用将分三步走：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。 对市场角度来说，互联网本质上是一个不安全的网络，而量子通信在理论上的绝对保密特征，已经得到物理定理的证明，很显然在军事、国防、金融等领域有着广阔的应用前景。在大众商业市场，随着技术成熟，量子通信也将具有极大的发展潜力。 3.量子通信技术的发展趋势 4.不足 但量子通信本身，仍然处在研究阶段，还远远没有达到大规模商用化的水平，实用的量子通信网络其保密的绝对性还有待商榷。 量子通信面临四项难点：可扩展、强抗毁、广覆盖、立体化 子密钥分发在未来推广应用方面面临两大挑战：融合性和安全性。量子通信从量子力学的
国内外量子通信产业发展状况及产业链投资机遇分析 一、我国量子通信产业发展现状 （一）以潘建伟为代表的中国量子通信技术领军人在近两年不断取得技术突破，并于近日荣登2015年度国际物理学十大突破之榜首。2012年初，以潘建伟团队为核心的技术队伍，在安徽省合肥市建成了国际上首个规模化的城域量子通信网络，节点数达到了46个，远远超过国际上已有的同类网络，标志着大容量的量子通信网络技术已经取得了关键突破。2015年3月6日，中国科学技术大学潘建伟院士及其同事陆朝阳、刘乃乐等组成的研究小组在国际上首次成功实现多自由度量子体系的隐形传态。2015年7月21日，中科大郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在固态量子芯片研究方面取得重要进展，成功实现了半导体量子点体系的两个电荷量子比特的操控最短在百皮秒量级内完成。与国际上目前最高水平相比，速度提高了数百倍。 （二）国内企业和研究领域合作不断增多。2015年7月30日，阿里云与中科院在上海联合创立量子计算实验室，研究量子安全，计算领域。2015年8月31日，蓝盾科技晚间发布公告称，公司近日与华南师范大学信息光电子科技学院签署了《共建量子密码技术联合实验室框架协议》，双方拟共同筹建量子密码技术联合实验室。2015年11月19日，中航工业与中国科大共建量子技术研发中心。 （三）量子通信在国内应用领域已取得一些成果。世界第一条量子通信保密干线京沪量子通信干线于2014年启动，2015年初正式投入建设，计划于2016年底建成，上海到杭州光纤量子通信干线已于八月底通过审核。由我国自主研发的世界首颗量子科学实验卫星将于明年六月前发射。15年2月工总行成功应用量子通信技术实现了该行北京分行电子档案信息在同城间的加密传输。 二、国外量子通信产业发展现状 （一）量子通信得到各国高度重视，成为未来制高点。从各国战略计划看，无论是美国政、企、校联合展开研制的量子互联网，还是欧盟联合12成员国发展的基于量子中继和卫星的自由空间量子通信链路，亦或是日本计划的到2040年建成极限容量、无条件安全的量子通信网络，都反映出各国正在努力抢占量子通信未来制高点。 （二）研发投入大，推动量子通信从理论向实用化发展。研究与开发投入是产业快速发展的关键因素，美国、欧盟、日本、加拿大等西方发达国家和韩国、新加坡等亚洲新兴工业国都纷纷投入大量人力、物力、财力，设立专项基金和建立研究中心，致力于量子通信的理论和实验研究。 （三）科研基础实力很强，国际合作和协同创新紧密。 （四）标准体系初步建立，专利申请活跃。量子密码通信研究近20年来发展态势活跃，在美国、欧盟申请的专利数量迅速增加，从实验室研究到商业开发及产品推出，形成了一条
中国量子通信行业发展问题及建议分析 一、行业认识误区 中投顾问在《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中提到，由于量子通信有广义、狭义之分，因此公众在认识和理解量子通信时容易产生混淆和误解。而一些媒体在报道时的过度渲染，也使人们对量子通信的认识产生了一些误区。 误区一：与经典通信彻底决裂 不管是量子密钥分发，还是量子隐形传态，从二者的设计方案可知，它们均未脱离经典通信的方式。量子密钥分发只是负责产生和分发通信需要的密钥，而真正的信息经由加密生成的密文，必须通过经典信道进行传输。在量子隐形传态中，同样也要用经典信道将测量的信息传送出去，经典信息与量子信息联合起来才能实现量子隐形传态。所以，将量子通信与经典通信彻底决裂的理解是不正确的。 误区二：超时空传物 量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠现象。爱因斯坦将量子纠缠所隐含的量子非定域性称为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”。近几年不断在实验中得以实现的量子隐形传态，很容易使人误以为物体的超时空传送将有望实现。事实上，在量子隐形传态的实验中，超时空传输的仅仅是信源光子的量子态，而并非光子本身。接收方只是让另一个不同的光子变成信源光子状态的复制品，这与超时空传物有本质区别。 误区三：超光速 同样由于神奇的量子纠缠效应，在量子隐形传态过程中，纠缠的粒子间的状态改变是瞬间发生的，有人甚至推测得出其速度超过光速10000倍。然而，由于此过程中仍有经典信息传输的参与，接收方还需要这个经典信息对量子态进行操作才能最终得到信源量子态的复制品，因此基于量子隐形传态的量子通信仍旧受限于经典信息的传输速度，它也并不是人类梦想实现的超光速之旅。 以上是人们对于量子通信在认识和理解上几个最典型的误区。澄清这些误区，有助于社会公众更加客观地认识和理解量子通信，让量子通信技术能更好、更快地为人们所接受，从而利于在较大的范围推广和应用，同时也有益于量子通信产业的健康发展。 二、发展对策建议 中投顾问在《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中表示，量子通信是关系到国家信息安全的战略性技术和产业，发展潜力巨大。在推进量子通信实用化方面，我国已走在世界前列。 中投顾问·让投资更安全经营更稳健
doi：10．3969/j．issn．1002－0802．2014．05．001 量子通信技术发展现状及面临的问题研究 徐兵杰1，刘文林2，毛钧庆3，杨燕3 （1．保密通信实验室，四川成都610041；2．解放军95830部队，北京100093；3．解放军91746部队，北京102206） 摘要：量子通信具有更高的传输速率和更可靠的保密性，是世界各国正在研究和发展的通信技术热点之一。首先介绍量子通信技术的基本概念、发展历程、系统架构、特点优势，然后重点阐述国内外量子密钥分配、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子机密共享等技术的研究进展情况，最后分析量子通信技术研究和发展过程中面临的困难及局限。 关键词：量子通信密钥分配隐形传态机密共享 中图分类号：TN91文献标志码：A文章编号：1002－0802（2014）05－0463－06 Ｒesearch on Development Status and Existing Problems of Quantum Communication Technology XU Bing－jie1，LIU Wen－lin2，MAO Jun－qing3，YANG yan3 （1．Science and Technology on Communication Security Laboratory，Chengdu Sichuan610041，China； 2．Unit95830of PLA，Beijing100093，China；3．Unit91746of PLA，Beijing102206，China）Abstract：Quantum communication is a new communication technology under research and development，which possesses higher transmission rate and reliable secure communication advantages．This paper intro-duces the concepts，development，system architecture，features and advantages of quantum communication technologies firstly．Then it focuses on demonstrating the technology research progress of quantum commu-nication，such as quantum key distribution，teleportation，secure direct communication and secret sharing．Finally，the research and development difficulties of quantum communication technology and limitations are analyzed in this paper． Key words：quantum communication；key distribution；teleportation；secret sharing 0引言 量子通信基于量子力学原理，将微观世界的物质特性运用到通信技术上，在高速传输和高可靠保密通信方面具有优势，成为当今通信技术领域的研究热点之一。世界各国纷纷投入大量的人力和物力进行研究和开发，在理论研究和实验技术上均取得了重大突破。 1量子通信技术 1．1基本概念 量子通信是利用量子相干叠加、量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信技术，由量子论和信息论相结合而产生［1］。从物理学角度看，量子通信是在物理极限下利用量子效应现象完成的高性能通信，从物理原理上确保通信的绝对安全，解决了通信技术无法解决的问题，是一种全新的通信方式［2］。从信息学角度看，量子通信是利用量子不可克隆或者量子隐形传输等量子特性，借助量子测量的方法实现两地之间的信息数据传输。量子通信中传输的不是经典信息，而是量子态携带的量子信息，是未来通信技术的重要发展方向。 1．2发展历程 量子通信的研究发展起步于20世纪80年代［3］。1969年，美国哥伦比亚大学Wiesner提出采用量子力学理论保护信息安全的设想。1979年，美国IBM公司的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出了将Wiesner的设想用于通信传输的 第47卷第5期2014年5月 通信技术 Communications Technology Vol．47No．5 May．2014
中投顾问产业研究中心 中投顾问·让投资更安全 经营更稳健 我国量子通信行业军事国防应用分析 量子通信在军事领域的应用主要在四个方面： 一是能够应用于通信密钥生成与分发系统。这种密钥生成与分发系统具有向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子密钥的能力，由此可以构成作战区域内机动的安全军事通信网络。在部署方式方面，可以以现有的军事通信系统网络为基础，通过天基平台部署量子通信密钥生成与分发系统。 二是能够应用于军事中的信息对抗。量子通信可用来改进目前军用光网信息传输保密性，使军方的信息保护和信息对抗能力得到增强。量子通信能用于信息对抗的原因是由于光量子密码的“不可破”和“窃听可知性”性，以及光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合的能力。 三是能够应用于深海安全通信。量子通信的优点在于量子通信光量子隐形传态与传播媒质无关，因此量子通信能克服现在在海洋军事中长波通信系统，系统庞大、抗毁性差等问题，可成为深海安全通信的有效手段，为远洋深海安全通信提供了新的一种可靠选择。 四是在构建超光速信息网络的作用。可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点，满足军事信息网络对大容量、高速率传输处理及按需共享能力的需要，从而建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。 中投顾问在《2017-2021年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中指出，量子通信在军事专网的应用中，可以用于构建军事办公通信网、战区间安全通信网和军用通信指挥控制专网等。其中，军用通信指挥控制专网（C4ISR ）是现代军队的神经中枢，中国仍处于建设初期，未来3年我国军用通信指挥控制专网的投资年复合增长率将超过25%，2018年投资额将达到1440亿元。考虑到量子通信作为一种被证明原理上绝对安全的通信方式，将逐步替代传统的加密方式，分享C4ISR 的投资份额。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/783941479.html, 量子通信技术发展中存在的问题分析 作者：刘冬 来源：《中国新通信》2017年第01期 【摘要】量子通信是指用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式，是量子理论 和信息论相结合的新的研究领域，是近20年发展起来的新型交叉学科，目前这门学科已逐步从理论实验走向实用化。英国《自然》杂志曾指出我国量子通信技术发展迅速是一支世界劲旅，我国在为量子通信技术研究硕果欣喜的同时也发现它在实用发展中存在诸多问题。本文从量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题、通信技术发展中存在的光子源产生单光子效率低问题两方面进行了浅析。 【关键词】量子通信发展存在问题现状分析 20世纪80年代是量子通信技术研究的开启性时代，其实从历史角度看量子通信技术的研究要早于这个时间，早在20世纪70年代威斯纳已经写出了“共轭编码”这篇著名文章。量子通信技术是在量子力学快速发展的前提下发展的新领域，它在信息传递方面存在很大优势已成为目前研究的热点。但是随着通信技术的快速发展，也存住诸多问题。 一、量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题分析 根据量子通信技术研究表明量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理，量子纠缠是指在微观世界里两个粒子间的距离不论有多远，一个粒子的变化会影响另一个粒子变化的一种现象。因此，量子通信技术离不开光源技术。由于单光子源技术难度太高，我国量子通信技术一般采用弱相干光源技术，但是这种光源在实用发展中存在诸多安全性问题。 1、量子通信技术发展中存在的单光子分离攻击问题。光子是光最小的单位，单光子是不可再分的。但是我国通信技术使用的弱相干光源技术，它的脉冲中不止一种光子，在理论上这种脉冲中所包括的光子是可以再进行分割的。量子通信系统的基本部件由量子态发生器、量子通道和量子测量装置三部分组成，主要涉及量子密码通信、量子远程传态、量子密码编码等，按量子通信所传输的信息是经典还是量子分为两大类，它的基本思想是将原物信息分成经典和量子两种信息，分别经由经典通道和量子通道传递给接受者，在传递过程中量子通信的通道损耗非常大。对于单光子源技术来讲，即使通道损耗再大也是安全的，因为单光子不可再分割。但对弱相干光源来讲就会存在安全隐患，窃听者可以通过光子分离攻击假冒量子通信技术的通道而获得全部密码，并且不会被量子通信技术发现。 2、量子通信技术发展中存在的木马攻击和侧信道攻击问题分析。量子密码编码是量子通信技术使用中主要涉及部分之一，木马攻击就是利用量子密码信号源和接收器等部件的设计漏洞进行攻击，有效窃取量子通信技术里的量子保密系统的内部信息。这种窃取信息的方法主要有侧信道攻击、光能部件高能破坏攻击和大脉冲攻击等。[1]
第二节量子通信认识 所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，量子通信是量子信息科学的一个分支，量子信息科学是量子物理和信息科学相结合的产物，现有通信技术室通过电信号来传输发送信息，而量子通信，是由量子态携带信息，将量子的特性应用到信息领域中，发挥其独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量等方面都突破了现有经典信息传输系统的极限，是一门新星的交叉跨专业技术。 一、量子通信与经典通信对比特点： ●容量大 ●速度快 ●保密性好 二、量子通信与传统通信通信安全对比
三、量子通信各阶段工作 信息传输：量子态在量子通道中传送。 信息处理（计算）：量子态幺正演化。 信息提取：量子测量。 第三节组网方案 量子通信就是单模光纤两端加上代替常用光模块功能的、光量子态的发送和接收设备，实现基于物理加密的保密通信。 第四节量子设备功能 一、量子通信系统的基本部件： 量子态发生器、量子通道和量子测量装置。 二、量子设备主要包括：量子网关和量子交换机； 1.量子网关是量子通信的核心设备，具有量子密匙分发与管理、数据加解密等功能； 量子交换机是量子网络中实现量子新到共享的关键设备，位于网络拓扑的汇聚节点，集中管理网络信道资源。 2.量子信源产生消息并发送出去；量子调制将原始消息转换成量子态形式，产生量子信号；量子信宿是消息的接收者，量子解调将量子态的消息恢复成原始消息；其余都属于量子信
道范畴。另外通常还有辅助信道，是指除了传输信道以外的附加信道，如经典信道，主要用于密钥协商等。 第五节未来发展分析 量子通信不仅安全性突出，并且较之传统通信更加高效，有望对传统的通信手段进行替代。不仅可用于军事、国防安全，还可用于涉及秘密数据、票据，以及政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等国民经济各个领域和部门。 在国防和军事领域通讯：量子通信用于构建作战区域内机动的安全军事通信网络；改进军用光网信息传输保密性，提高信息保护和信息对抗能力；为远洋深海安全通信开辟了崭新途径；利用量子隐形传态以及量子通信绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的军事信息网络。 在国民经济领域的监控：量子通信未来可用于对银行、证券等金融机构的监督及对电网、煤气管网和自来水管网等重要基础设施的监视，促进国民经济的发展。远程保密会议及跨域互联应用：在未来计划构建以全球化的广域量子通信网络作为技术验证平台和基础网络设施，开展远程高清量子保密视频会议系统和其他多媒体跨域互联应用研究实现多项应用示范。比如可以将其运用到云计算领域，所有计算机发出请求后请求都能被瞬间传送到云计算核心区，完成计算后数据又能在瞬间被传输至发出请求的计算机。
量子通信 一．经典通信系统模型 经典通信系统可以用下图所示的模型描述。 信源（Information source）：指产生消息的源泉。信息总是一个物理系统，其形态随空间坐标或时间变化。 空间信源(space source)：系统随时间改变形态，它生产在空间传输的信号，这样的物理系统称为空间信源。 时间信源(time source)：系统空间各部分有不随时间变化的不同的分布，它可能引起信号在时间中传输，这样的系统称为时间信源。编码(Encoding)：对信源进行处理，以提高信源传输的有效性和可靠性。 信道(Channel)：传输消息的媒介称为信道。 噪声(Noise):在传输过程中，由于干扰使编码的物态发生畸变。引起编码物理态畸变的各种因素称为噪声。 译码(Decoding)：由信道输出物态恢复信源输出的消息的过程叫译码。 信宿(Destination)：是消息传输的归宿和的地，即接收消息的人或仪器。
量子信息通信简介 量子信息科学是物理学与信息科学交叉融合产生的新兴学科领域，涉及物理、计算机、通信、数学等多个学科，对带动这些学科的发展具有重要意义。量子信息学为未来信息科学的革命性变革提供了可靠的物理基础。量子信息技术在运算速度、信息安全、信息容量等方面可突破传统信息系统的极限。 一．量子信息通信物理基础 1. 量子位（Quantum Bit: qubit ） 在经典信息理论中，信息量的基本单位是比特(bit)，一个比特是给 出经典二值系统一个取值的信息量. 例如，{0,1} 在量子信息理论中，量子信息的基本单位是量子比特(qubit)。一个 qubit 是一个双态量子系统，即两个线性独立的态，常记为：|0>和 |1>。以这两个独立态为基矢，张成一个二维复矢量空间，即二维Hilbert 空间。 量子位的物理载体： 光子： ()()>+>->=>+>>=y i x L y i x R ||21 | ,||21 | |R>: 右圆极化偏振光， |L>： 左圆极化偏振光。 自旋1/2的粒子： |0＞，|1＞ 二能级原子： |g ＞，|e ＞ 迭加态： >+>>=1|0||b a ψ |a|2, |b|2分别为测量时得到|0>,|1>的几率。 n 个qubit 态：张成一个2n 的Hilbert 空间，有2n 个相互正交的态：>i | ， i 是一个n 位二进制数。 例如：3个量子位有8个量子态： |0>, |1>, |2>, |3>, |4>, |5>, |6>, |7> |000>, |001>, |010>, |011>, |100>, |101>, |110>, |111>
量?通信简介以及原理 中国科学家?前曾经创造了97公?的量?远距离传输世界纪录，引起轰动，不过?江后浪推前浪。新浪科技援引美国物理学家组织?的报道称，维也纳?学和奥地利科学院的物理学家凭借143公?的成绩再创了新?，朝着基于卫星的量?通讯之路迈出了重要?步。 实验中，奥地利物理学家安东-泽林格领导的??国际?组成功在加那利群岛的两个岛屿——拉帕尔玛岛和特纳利夫岛间实现量?态传输，距离达到143公?，?中国的远了46公?之多。 其实，打破传输距离并不是科学家的?要?标。这项实验为?个全球性信息?络打下了基础，在这个?络，量?机械效应能够?幅提?信息交换的安全性，进?确定计算的效率也要远远超过传统技术。在这样?个未来的“量?互联?”，量?远距传输将成为量?计算机之间信息传送的?个关键协议。 在量?远距传输实验中，两点之间的量?态交换理论上可以在相当远的距离内实现，即使接收者的位置未知也是如此。量?态交换可以?于信息传输或者作为未来量?计算机的?种操作。在这些应?中，量?态编码的光?必须能够传输相当?距离，同时不破坏脆弱的量?态。奥地利物理学家进?的实验让量?远距传输的距离超过100公?，开辟了?个新疆界。 参与这项实验的??松(Xiao-song Ma?译)表?：“让量?远距传输的距离达到143公?是?项巨?的技术挑战。”传输过程中，光?必须直接穿过两座岛屿之间的湍流??。由于两岛之间的距离达到143公?，会严重削弱信号，使?光纤显然不适合量?远距传输实验。 为了实现这个?标，科学家必须进??系列技术?新。德国加尔兴?克斯-普朗克量?光学研究所的?个理论组以及加拿?沃特卢?学的?个实验组为这项实验提供了?持。??松表?：“借助于?项被称之为‘主动前馈’的技术，我们成功完成了远距传输，这是?项巨?突破。主动前馈?于传输距离如此远的实验还是第?次。它帮助我们将传输速度提??倍。”在主动前馈协议中，常规数据连同量?信息?同传输，允许接收者以更?的效率破译传输的信号。 泽林格表?：“我们的实验展?了当前量?技术的成熟程度以及拥有怎样的实际?途。第?个?标是基于卫星的量?远距传输，实现全球范围内的量?通讯。我们在这条道路上向前迈出了重要?步。我们将在?项国际合作中运?我们掌握的技术，中国科学院的同?也会参与这项合作。我们的?标是实施?项量?卫星任务。” 2002年以来就与泽林格进?量?远距传输实验的鲁珀特-乌尔森指出：“我们的实验取得了令??舞的成果，为未来地球与卫星之间或者卫星之间的信号传输实验奠定良好基础。”处在低地球轨道的卫星距地?200到1200公?。(国际空间站距地??约400公?)乌尔森说：“在从拉帕尔玛岛传输到特纳利夫岛，穿过两岛间??过程中，我们的信号减弱了?约1000倍。不过，我们还是成功完成了这项量?远距传输实验。在基于卫星的实验中，传输数据更远，但信号穿过的??也更少。我们为这种实验奠定了?个很好的基础。”[2]
2014年量子通信行业 分析报告 2014年10月
目录 一、量子通信源起 (3) 二、量子通信原理 (6) 1、量子通信技术概貌 (6) 2、量子通信工作原理 (6) 3、量子通信主要形式 (8) 三、量子通信国外发展史 (9) 四、量子通信，安全为重中之重 (13) 1、量子通信的优势 (13) （1）无条件的安全性 (13) （2）传输上的高效性 (13) （3）抗干扰能力强 (14) （4）信噪比低 (14) 2、量子通信的技术局限 (14) （1）依赖传统通信手段 (14) （2）安全性与效率有一定冲突 (14) （3）存在技术瓶颈 (14) 五、国内研发现状：领跑世界 (16) 六、量子通信碰撞传统市场，替代效应待显现 (18) 1、市场份额的保守估计：以专网+公网替代为主 (19) 七、行业相关企业简况 (21) 1、安徽问天量子科技有限公司 (21) 2、安徽量子通信技术有限公司 (22) 3、中天科技 (24) 4、中信国安 (25) 八、主要风险 (25)
一、量子通信源起 量子通信，是量子力学与通信理论相结合产生的交叉学科，它利用量子力学的基本原理与特性进行通信，其信息的载体是微观粒子，例如单个光子、原子或自旋电子等。 量子通信源起于传统经典通信在安全方面的局限性。经典通信，即电信系统，指将信息承载于电磁波上进行传输。这里的电磁波可以是波长从几千千米到几纳米的无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线等。其传输路径可以是自由空间，也可以是电缆或光缆等有线载体。在传统通信中，几乎所有通信方式都无法真正避免通信内容在通信双方不知情的情况下被窃听者获取。 例如，为了尽力保证信息安全，我们在现实通信过程中会对信息进行加密。G．Vernam在1917年提出“一次一密”思想，对于明文采用一串与其等长的随机数进行加密（相异或），接收方用同样的随机数进行解密（再次异或）。这里的随机数称为密钥，其真正随机且只用一次。OTP协议已经被证明是安全的，但关键是要有足够长的密钥，必须实现在不安全的信道（存在窃听）中无条件地安全地分发密钥，这在经典领域很难做到。后来，就出现了公钥密码体制，如著名的RSA协议。在这类协议中，接收方有一个公钥和一个私钥，接收方将公钥发给发送方，发送方用这个公钥对数据进行加密，然后发给接收方，只有用私钥才能解密数据。公钥密码被大量应用着，它的安全性由数学假设来保证，即一个大数的质因数分解是一个非常困难的问