简谈量子通信技术的原理和应 用
发布时间：2022-12-08 12:33:27 所属栏目：应用 来源：
导读： 一、量子通信的主要组成部分
1.1量子秘钥分发
量子秘钥分发不是用于传送保密内容，而是在于建立和传输密码本，即在保密通信双方分配秘钥，俗称量子密码通信[1]。
1984年，美国的Bennett
1.1量子秘钥分发
量子秘钥分发不是用于传送保密内容，而是在于建立和传输密码本，即在保密通信双方分配秘钥，俗称量子密码通信[1]。
1984年，美国的Bennett
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一、量子通信的主要组成部分 1.1量子秘钥分发 量子秘钥分发不是用于传送保密内容，而是在于建立和传输密码本，即在保密通信双方分配秘钥，俗称量子密码通信[1]。 1984年，美国的Bennett和加拿大的Brassart提出著明的BB84协议，即用量子比特作为信息载体，利用光的偏振特性对量子态进行编码，实现对秘钥的产生和安全分发。1992年， Bennett提出了基于两个非正交量子态，流程简单，效率折半的B92协议。这两种量子秘钥分发方案都是建立在一组或多组正交及非正交的单量子态上。1991年，英国的Ekert提出了基于两粒子最大纠缠态，即EPR对的E91方案。 1998年，又有人提出了在三组共轭基上进行偏振选择的六态方案量子通信，它是由BB84协议中的四种偏振态和左右旋组成。BB84协议被证明是迄今为止无人攻破的安全秘钥分发方式，量子测不准原理和量子不可克隆原理，保证了它的无条件安全性。EPR协议具有重要的理论价值，它将量子纠缠态与量子保密通信联系起来，为量子保密通信开辟了新途径。 1.2量子隐形传态 1993年由Bennett等6国科学家提出的量子隐形传态理论是一种纯量子传输方式，利用两粒子最大纠缠态建立信道来传送未知量子态，隐形传态的成功率必定会达到100%[2]。 1999 年，奥地利的A.Zeilinger小组在室内首次完成量子隐形态传输的原理性实验验证。在不少影片中常出现如此的情节：一个在某处突然消失的神秘人物突然出现在另一处。由于量子隐形传态违背了量子力学中的量子不可克隆原理和海森堡不确定原理，因此它在经典通信中只不过是一种科幻而已。 然而量子通信中引入了量子纠缠这一特殊概念，将原物未知量子态信息分成量子信息和经典信息两部分，使得这种不可思议的奇迹得以发生，量子信息是在测量过程未提取的信息，经典信息是对原物进行某种测量。 二、量子通信的应用 量子通信是通信技术上的又一次划时代革命，具有广泛的应用前景。首先，量子通信可以满足空间远距离、大容量、易组网等方面的要求，量子通信可以用来构筑高速、大容量的通信网络，实现高清晰度图像等大容量超高速数据的传输，为建立量子因特网奠定了坚实的基础。量子通信的传输速率理论上可以与粒子的震动频率相等，这意味着其传输速率可以达到万亿Gbit/s，这对于解决目前的通信带宽瓶颈有着重要的意义。在经典信息论中，传输速率和带宽需要满足香农公式，而信噪比不可能达到无限大，故而传输的速率一定会受到带宽的制约。量子通信突破了香农公式的制约，将带宽和传输速率提高到无限。 其次量子通信可以实现完全保密通信，这使得量子通信在军事、国防、国民经济建设等领域都有重要作用。在目前的通信模式中，就连保密性最高的光纤通信量子通信应用，也存在被窃听的可能性。由于量子纠缠效应严格的应用条件，任何窃听的尝试都将导致信息的改变，窃听者获得信息必定不同于原传输的信息，这就保证了传输的信息不可能被第三者非法获取。现在已经有人提出了利用量子通信理论进行密钥的分发，能够完全消除被破获的可能。 最后，由于量子通信时延为零，可以实现超光速通信，量子通信的发展必将加速人们探索宇宙空间的进程。在地球的通信中，光速可以基本满足传输的实时性。但是在星际探索中，如月球探索，信息的一个往返时延达到了2秒，这增加了姿态控制等命令下达的难度，并带来了一定的不确定性。假如量子通信能够应用到宇宙探索领域，由于量子通信对距离的不敏感性，飞行器采集的数据可以实时高速传送到地面段，地面段发送的信息也可以瞬间传达到深空飞行器，甚至能像操纵遥控飞机那样操纵飞行器在许多光年外的空间进行探索。 量子通信具有如此多的优点，但是其实际应用仍停留在理论探索阶段。首先，纠缠效应要求一个粒子是另外一个的完美复制。在现有的实验条件下，制备完全相同的粒子仍然是不可实现的，获得大量能产生纠缠效应的粒子集群难度更大。其次，对于粒子量子态的测量会破坏原有粒子的量子态，一但量子态遭到了破坏，信息的传输就失去了意义。 （编辑：应用网_扬州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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