量子通信精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的量子通信主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：量子通信范文

量子是現代物理的重要概念，與經典物理有根本的區別，提供了全新的原理和思考方式。量子具有不確定性和不可測量性，量子的世界不遵循經典物理學定律，因此人們對量子世界的探索存在很多困y。通過科學家的不斷探索，在量子信息研究領域有了許多的突破，其中產生了量子通信這一新興技術。目前量子通信主要有兩種應用，一種是較為成熟的量子密碼通信，一種是量子隱形傳送。2012年度諾貝爾物理學獎，法國科學家塞爾日?阿羅什與美國科學家大衛?維因蘭德實現了對單個原子的測量和控制，阿羅什的工作是打造出一個微波腔，借助單個原子在微波腔中會輻射或吸收單個光子的特性，實現了操縱單個光子。而維因蘭德則制造出了一個離子阱，先用光來俘獲離子，然后用激光冷卻離子，進而對離子進行測量和控制。量子計算和精密測量有了變成現實的可能性。

二、量子糾纏

Hilbert空間是歐幾里德空間的一個推廣，不再局限于有限維，是一個完備的空間，其上所有的柯西序列等價于收斂序列，從而微積分中的大部分概念都可以無障礙地推廣到Hilbert空間中。能用Hilbert空間中的一個矢量表示的量子系統稱為純態，反之，如果不是處于確定的態而是以某一種幾率分布的，稱之為混合態。通常量子比特表示為：|Ψ〉=α|0〉+β|1〉，|α|2+|β|2=1（疊加態形式）。兩個純態|Ψ1〉和|Ψ2〉的線性疊加所描述的量子態|Ψ〉=c1|Ψ1〉+c2|Ψ2〉對應Hilbert空間的一個矢量，也是一個純態。經過測量的量子態會坍縮到|0〉或|1〉，這個過程是不可逆的。這是二維Hilbert空間中量子態的描述，類似于三維球面上的一個點。在具有n個量子態的系統中，狀態空間由2n個基向量組成。在未對系統進行操作之前，量子態可能為2n中的一個，與經典存儲系統相比，量子系統能在某一時刻保持2n個狀態，因此量子系統具有更大的計算潛力。愛因斯坦不愿承認并稱之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）”的量子糾纏，指兩個相互獨立的粒子可以相互影響，對其中一個粒子進行觀測可以即時地影響到其它粒子，無論它們之間的距離有多遠。量子糾纏描述了量子子系統相互影響的現象，對一個子系統的測量瞬間影響了其他子系統的狀態。一個由|ΨA〉和|ΨB〉兩個子系統組成的復合系統|Ψ〉，如果可以表示為|ΨA〉×|ΨB〉，則|Ψ〉處于直積態，否則處于糾纏態。常見的糾纏態有：兩個粒子構成的bell基，三個粒子構成的GHZ態等。二粒子純態糾纏的研究最為完善，bell態是量子通信中最基本的糾纏資源。處于bell態的兩個糾纏粒子稱為EPR對。四維Hilbert空間中的正交完備基稱為bell基。在量子通信中，最常用的測量方法是bell基測量。

三、量子糾纏的應用

目前量子通信的兩種主要方式：量子密碼通信和隱形傳送。量子密碼或量子密鑰分配是利用了觀測一般會干擾被觀測系統的量子力學原理來實現的。量子的不可分割性和量子態的不可復制性保證了信息的不可竊聽和破解，進而實現根本上、永久性解決信息安全問題的目標。量子隱形傳態需建立在經典物理信道的基礎上才能實現。在研究量子領域早期，人們最感興趣的一個問題是能否利用量子糾纏實現超光速通信，這個問題的答案是否定的，原因在于量子的不可克隆性，僅依靠量子糾纏系統無法傳遞具體信息，要將原量子態的全部信息提取出來，需分別根據其經典信息和量子信息來構造，因此無法實現瞬間傳輸。量子隱形傳態利用量子糾纏態作為通道， 利用量子作為載體， 把信息從一個地方傳遞到另一個地方。量子隱形傳態的任務可以簡單地描述為：假設存在一對共享的量子比特為 A、B，利用A、B來傳送量子態C。將A、B分別置于系統的兩端，現將量子比特A和C作幺正變換，測量后得到兩個經典量子比特的信息，在這個過程中兩個量子比特被破壞。量子比特B現在包含了關于C的信息，但觀測者仍無法得到C的任何信息，量子比特B處于四個任意的量子態之一。現在需通過經典通信通道將A的測量結果發送到B端，根據A的測量結果，對B作相應的幺正變換， 此時量子比特B的狀態變為C，實現了量子態的傳送。

四、量子通信技術的發展現狀

理想量子通信與傳統通信相比，有著安全、無障礙通信等優勢，但目前仍難以實現，量子測量、量子態的控制仍在不斷完善，基于糾纏的量子隱形傳態方式仍處在實驗室階段。2012年6月，潘建偉團隊在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發，為發射全球首顆“量子通訊衛星”奠定了技術基礎。2016年8月16日，中國國成功發射全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，標志著中國在量子通信領域又邁出重要一步。“墨子號”的主要科學目標是借助衛星平臺，進行星地高速量子密鑰分發實驗，并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破。并在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。量子技術的迅速發展，預示著量子科技的無線前景，將給人類生活和生產帶來革命性的成果，對國防、對經濟有著重要影響。因此，我們應加快量子通信技術實用化進程，在國際技術競爭中占據有利地位。

參 考 文 獻

[1] 《量子安全通信與量子信道理論有關問題的研究》王敏杰

[2] 《量子糾纏技術與量子通信》1007-9416（2012）10-0060-01舒娜 石際

第2篇：量子通信范文

 

引言：

 

量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。這一新型通信技術是伴隨著通信技術的不斷發展和物理學領域的不斷研究而發展起來的，是近二十年發展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結合的新的研究領域。近年來這門學科已逐步從理論走向實驗，以其特有的高效性和安全性等特點而被軍事等領域廣泛研究應用，并向實用化發展。同時，隨著社會科技和經濟的不斷發展，普通民眾對信息傳輸的要求也日益提高，對信息傳輸的穩定性、安全性要求也不斷提高，因此也急需這一技術來作為對現有通信手段的補充和優化，以不斷提高信息傳輸的質量。這種無論是來自軍事等特殊領域還是來自普通民眾等普通領域對信息傳輸的高要求都促使著量子通信技術不斷研究與發展，以滿足人們不斷嚴苛的通信需求。

 

一、量子通信的發展概述

 

量子通信技術是在量子力學的基礎上發展起來的。量子力學誕生于1926年，是人類對微觀世界加以認識的理論基礎之一。量子力學和相對論之間的不相容性在1935年被愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證后，約翰?貝爾于1964年提出貝爾理論，阿斯派克等人于1982年證明了超光速響應的存在。在這一基礎上，美國科學家貝內特于1993年首次提出了量子通信的概念。這一概念的提出，使愛因斯坦的量子糾纏效益開始真正發揮其威力。

 

自量子通信概念提出以后，6位來自不同國家的科學家，基于量子糾纏理論，提出了利用經典與量子相結合的方法實現量子隱形傳送的方案，這是量子通信最初的基本方案。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。

 

1997年在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。這是國際上首次在實驗上成功地將一個量子態從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實驗中傳輸的只是表達量子信息的“狀態”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。此后經過二十多年的發展，量子通信這門學科已逐步從理論走向實驗，并向實用化發展，主要涉及的領域包括：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等。

 

二、量子通信技術簡介

 

量子通信即指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子是不可分的最小能量單位，“光量子”即為光的最小能量單位。量子通信的理論基礎是量子糾纏。在量子世界中，存在著一種“糾纏”效應，所謂量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間存在非定域、非經典的強關聯。這種“糾纏”效應能夠在兩個完全相同的某量子態粒子之間建立某種聯系，當其中一個的狀態發生變化時，另一個也會發生相同的變化，而且這種變化與時間和空間無關。另外由于對粒子的任何測量都會導致其量子態的變化，所以同時這種變化時不可能被第三者所知獲的。利用量子的糾纏效應，我們可以進行絕密和瞬時的通信。因此具有極大的研究價值。

 

量子密碼通信原理是基于“海森堡測不準”原理的發展的。在量子物理學中“海森堡測不準”原理表明，如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子，照亮粒子的光的行為都會使之改變路線，從而無法發現該粒子的實際位置。因此對傳輸光子線路的竊聽會破壞原通訊路線之間的相互聯系，通訊會被終端。另外還有“單量子不可復制”定理，這是上述原理的推論，是指在不知道量子狀態的情況下復制單個量子是不可能的，因為要復制單個量子必須先做測量，而測量必然會改變量子狀態。根據這兩個原理，即使量子密碼不幸被獲取，也會因測量過程中對量子狀態的改變而得到一些幾乎無意義的信息。

 

量子遠程傳態是經由經典通道和量子通道傳送未知量子態。通俗來講就是將甲地的某一粒子的未知量子態在乙地的另一粒子上還原出來。因量子力學的不確定原理和量子態不可克隆原理，限制人們將原量子態的所有信息精確地全部提取出來，因此必須將原量子態的所有信息分為經典信息和量子信息兩部分，它們分別由經典通道和量子通道送到乙地，根據這些信息，在乙地構造出原量子態的全貌。但這一過程并不傳輸任何的能量或物質，只是傳輸一種量子態。

 

量子密集編碼是用量子通道傳送經典比特，即使用量子糾纏現象可以實現只傳送一個量子比特，而傳送兩個比特的經典信息。具體方法是信息的傳送者(Alice)和接受者(Bob)各擁有處于最大糾纏態中的一個粒子，Alice可以對她手中的粒子施加四種可能的幺正變換以編碼兩個比特的經典信息，由于兩個粒子處于糾纏態，對一個粒子的任何操作都會對另一個粒子產生影響，引起另一個粒子的態發生相應的變化。Alice對它的糾纏粒子施加幺正變換后，兩系統處于四個Bell基態之一，為了使Bob能讀出Alice編碼的信息，Alice必須再把她的粒子傳送給Bob，Bob再對兩個粒子實施聯合Bell 基測量，測量結果可使Bob提出2比特的經典信息，在這過程中，Alice僅傳送給Bob一個粒子，但卻能成功的傳送2比特的經典信息，這就是所謂的“密集編碼”。

 

三、量子通信技術的發展前景

 

量子通信技術依托于發達的現代信息技術和先進的量子技術而發展起來的，以其獨特的優勢而被廣泛關注。與傳統通信技術相比較，量子通信具有抗干擾力強、保密性高、傳輸速度快等優點。因此，它的發展應用前景很廣闊。一方面，在國家政府和軍事領域，由于其保密性極高，幾乎不可能被敵方破譯，且這種量子通信技術能夠抵御未來量子計算機技術帶來的威脅，因此會被不斷研究和應用。另一方面，在民用通信技術領域，早在2009年9月，中國科技大學組建了世界上首個5節點的全通型量子通信網絡，首次實現了實時語音量子保密通信。“城域量子通信網絡”使得城市范圍的安全量子通信網絡成為現實。因此，量子通信在未來的民用領域也將被廣泛研究應用。

 

結語

 

量子通信是通信技術的又一次劃時代革命，與目前采用的傳統通信技術相比，量子通信在保密性、通信容量、通信時效等方面都具有十分明顯的優勢，是未來通信發展的主要方向。雖然量子通信有著廣闊的應用前景，但在單元技術和理論方面還有許多需要解決的問題。在信息產業作為國民經濟重要組成部分的今天，需要在量子通信這一領域繼續加大投入和研究力度，為進入量子通信時代打下堅實的基礎，不斷服務于現代人類的發展需求。

第3篇：量子通信范文

關鍵詞：量子保密；通信技術；應用；未來發展

引言

隨著信息化時代的到來，人們無時無刻都在接發文字信息、視頻信息、電子信息等，給人們的生活、工作、學習和社會各個領域帶來了新的改變。為了保障信息通信的安全，防止信息傳遞過程中存在的泄露風險，采取量子保密通信技術，有效避免信息被攻擊破譯，保障了信息傳遞的絕對安全[1]。量子保密通信改變了傳統加密通信的局限性和不安全性，解決了存在的安全隱患問題，根據量子力學原理與科學信息技術的有效結合，采用高精度量子測量技術和高精準量子計算技術進行計算、編碼和信息傳輸，發揮了高效安全的通信性能。量子計算利用量子力學規律來調控量子信息單元進行計算，能夠進行大規模、多線程地數據處理，具有超強的計算能力和精密的邏輯性[2]。在依靠量子比特工作中，由于量子位存在的并行性、糾纏性和疊加性，量子算法在進行問題處理時就能夠做出傳統計算無法比擬的超強處理能力，實現超高精度、超高速度的工作效率[3]。隨著國內外量子信息技術科技的發展，針對現有公鑰體系在單向計算時存在的易被攻擊威脅，造成信息發生泄漏的嚴重后果，開展量子密鑰分發技術的保密通信的創新研發，滿足了當前信息化社會和數字化經濟時代的需求。通過量子保密通信技術的研究與應用，推動了量子保密通信標準化工作的進行和未來的無限發展。

1量子保密通信技術應用

1.1量子密鑰分發技術應用

量子密鑰分發是根據量子測不準原理、量子不可分割和量子態不可復制的特性來實現，量子生成的通信密碼校驗絕對的安全性，不會被任何方式破解。通信雙方建立量子密碼分享協議，發送方和接受方以單光子的狀態作為信息載體來建立密鑰，保證密鑰分發的安全性，密鑰分發采取一次一密的加密體制建立安全通信密碼。密鑰分發完成后需要進行信息協同和隱私保密增強，糾正密鑰中存在的錯誤，使密鑰保持一致性，進一步增強信息隱私的保密安全。根據協議隨機選擇調制每一個光子的基矢，隨機的基矢可以對接收端進行監測，在偏振編碼過程中采用單光子的水平偏振態（0°）、垂直偏振態（90°）、偏振態（+45°）和偏振態（-45°）的4個量子態，來進行不同自由度的編碼，可以選擇垂直方向，也可以沿水平方向或其它角度作為量子信息的載體。發送方隨機使用2組基矢，按照事先約定的單光子水平偏振態通過量子信道發送給協議用戶，當用戶接收到光子后也隨機地使用2組基矢進行偏振態的測量，如果制備基矢和檢測基矢兼容，則表示收發隨機數完全一致，如果存在不同，發送方和用戶在從新進行比對制備基和測量基基矢，直到收發雙方擁有完全一致的隨機數序列密鑰。密鑰分發、生成后不會被破譯或計算破解，即使在密鑰生成過程中被竊聽也會被通信方發現，仍然不會泄密，保證了絕對的安全性[4]。

1.2量子保密通信與后量子安全加密應用

近年來，我國在量子信息技術領域發展迅速，在量子保密通信的研發中獲得突破性進展，利用量子保密通信技術克服了傳統通信技術存在的安全隱患問題，保證了通信的安全性和可靠性[5]。量子保密通信具備巨大的信息存儲與攜帶性能，量子計算機可以面對各種復雜難度的計算，并能進行高時速、高精準的并行計算處理能力。量子保密通信是在原有的公鑰體系進行創新改進，采取量子密鑰分發和加密的量子保密通信方案，以應對原有量子計算體系內存在的安全威脅，并對現有加密體制進行升級，應用計算破解能力的后量子加密技術提高了被破解能力，避免信息泄露。量子保密通信與后量子加密的應用，為未來量子安全信息加密技術的創新發展具有重要的意義[6]。

1.2.1量子保密通信方案量子保密通信利用量子態的疊加性和量子不可克隆原理，采取密鑰分發的密碼技術，對傳輸的信息進行一次一密的加密方法，完善了加密體制，實現了信息傳輸的安全性。

1.2.2后量子加密后量子加密技術是一種新的加密方法，通過運用許多先進的技術對現有的加密體制算法進行升級改進，例如網格編碼算法和橢圓曲線算法等，增加了防御能力，可以完全抵抗黑客的計算破解，后量子新型信息加密技術能夠與現有的信息安全系統實現兼容和平滑升級演進。

1.3量子保密通信應用

量子保密通信為未來信息安全提供了保障，是信息領域的重要技術手段，在量子保密通信中量子密鑰分發作為關鍵技術，與典型網絡組織和現有通信系統結構相融合，建立了網絡管控、安全服務、密鑰生成層、密鑰分發層、密鑰應用層等組織結構，實現了通信網絡的可用性和安全可靠性，并應具備靈活高效、可擴展的未來發展的建設需求。系統分為發送裝置和接受裝置，利用公共信道對密鑰分發協議合法的通信雙方發送共享的隨機密鑰。其中，密鑰生成層將生成制備的量子密鑰提供給上層，在密鑰中繼、密鑰轉發、密鑰存儲、密鑰輸出過程中，密鑰應用層為量子密鑰的保密通信服務提供服務，網絡管控平臺負責網絡運營管理，安全服務平臺則負責密碼服務和安全管理。量子密鑰分發是以量子物理與信息學為基礎，利用量子態糾纏重疊的力學特性，在通訊雙方之間產生并分享一個隨機的安全的密鑰，運用一次一密的加密方法，通過量子信道完成信息的安全傳送。由于傳統量子信道在傳送數據進行量子密鑰服務的加密業務時，量子信道存在傳輸損耗，量子密鑰分發距離會被限制距離，需設置中繼節點來完成長距離的接力傳送，導致安全防護存在困難，存在安全隱患。因此在現有較大規模的量子保密通信網絡中，都采用可信中繼技術是異或后的中繼技術，量子密鑰只會在節點處暫存經過異或后，不會對中繼節點造成影響，具有信息傳輸的安全性和高效率。

2量子保密通信目前發展狀況

隨著量子保密通信的發展，世界各國試用點呈現逐步成熟趨勢，但在應用推廣方面暴露出一些問題。主要包括三個方面：（1）應用場景受到限制當前，量子保密通信主要面向金融、政府等長期安全性較高的特定場景之中，市場規模較為分散，傳統通信業界對于量子保密通信應用目前仍然處于熱情度較低的狀態。此外，由于量子態信號與傳統信號混合傳輸時，將引入劣化性能，導致量子保密通信組網需要借助額外獨立光纖鏈路才能獲取所需資源。（2）技術瓶頸待解決在百公里長距離傳輸情況下，量子保密通信可用安全碼率大約為15kbit/s量級，相比于當前光傳達網技術實現的量級信息傳輸差距較大，無法實現對信號的一一加密。此外，在量子保密通信組網方面，由于量子態存儲技術尚不成熟，因此，有關量子存儲方面難以實現，其中涉及的關鍵技術仍需進一步驗證分析。（3）安全性存在一定風險在實際通信過程中，信道節點不理想特性使其難以滿足安全性標準，成為不法分子利用的安全漏洞，所以針對通信安全性升級將是運營維護所面臨的一個難題，現階段，由于通信密鑰生成碼率也相對較低，很難滿足一次一密要求。現階段，我國量子保密通信技術在業務、市場、商用的應用都處于推廣初期階段，在量子密鑰分發技術組網理念和技術研究中，仍然面臨一些問題有待研究和探討。

3量子保密通信標準化工作策略與未來發展

3.1量子保密通信標準化工作策略

在未來量子保密通信技術研發中，應保證量子保密通信設備系統的功能與性能的一致性和可靠性，增加設備系統和網絡層面的兼容性、靈活性和安全性，在設備和系統技術、安全性能、組網以及加密等各個方面，逐步完善應用體制，在未來發展中形成完整的標準規范體系。首先，在國家政策支持的基礎上，應加強量子密鑰分發技術前沿技術領域的研究工作，創新開發新型協議技術、系統器件和架構方案，加快提升量子密鑰分發技術和系統設備成熟度、實用化水平和性價比，不斷提高量子密鑰分發和后量子加密的技術水平，完善加密體制。然后，應加強量子保密通信的商業化應用和市場開拓規劃的工作策略和未來發展方向，積極推進產業合作，開展多樣化的商業部署模式，制定標準化工作策略，為應用發展做好引導和培育市場需求。最后，應加快我國量子保密通信網絡項目工程的建設，升級設備完善標準，提高量子密鑰分發系統的網管和運維能力，使量子保密通信系統和網絡在完善的密鑰管理設備與加密通信設備進行安全可靠的通信，以商業化應用推廣和市場化發展為未來建設目標，增加網絡建設的實際可用性和安全性等標準的建設規模。目前，我國量子保密通信技術已經實現了實用化、產業化的發展水平，在國家政策的大力支持下在社會各領域得到了廣泛的應用。隨著國家實施創新驅動發展戰略規劃，量子信息技術作為我國科技創新的重要發展技術，應加快發展量子信息產業，推動量子技術與社會經濟領域的深度融合，增加產業經濟的發展，為國家安全、國防軍事提供強大的技術支持，新興的量子信息產業推動了我國戰略性發展方向。

3.2未來發展前景

量子保密通信技術在未來發展進程中，量子保密通信網絡建設和產業發展是未來量子技術發展的關鍵，需要加強技術成熟度、設備可靠性和投入產出性價比等各方面的研究，開展標準化工作策略以促進技術和產業的快速發展。近年來，隨著量子保密通信技術的不斷創新，世界各國在量子保密通信技術與產業的市場競爭日趨激烈，我國雖然處于世界領先地位，應需加強對量子技術研究機構、系統設備廠商和建設運營單位進行大力扶持，在政策支持優勢下強化關鍵技術創新和可持續發展能力，以增強科技實力，提高市場競爭能力。積極推廣大規模產業鏈發展，標準規范產業發展方向，促進量子保密通信商業化推廣、產業鏈壯大和產業化得到健康發展。

3.2.1分發系統性能指標和實用化水平有提升空間量子密鑰分發系統在現有光纖網絡之中單跨傳輸距離在百公里以內，密鑰成碼率有待進一步提高。同時，量子密鑰系統工程化也具有一定提升空間。此外，量子保密通信系統仍需要密鑰管理，將其與信息通信行業緊密融合，加密通信設備。

3.2.2抗量子計算破解的安全加密面向未來量子計算對于現有加密體系存在的破解威脅，需設計抗量子計算破解安全加密方案，快速提升量子密鑰分發技術和實用化水平，這是贏得加密技術體制的關鍵。

3.2.3量子保密通信商業化開拓仍需進一步探索量子保密通信是對現有通信技術的一種有效安全性提升技術，能夠解決密鑰分發安全性問題，提升通信安全性等級，具有長期性和高安全性。尤其在金融專網方面，其產業規模相對有限，因此，在后續研究進程中，逐漸完善量子通信保密技術，將其推廣到投入產出性行業之中，從設備升級、標準完善、市場探索等方面進行逐一推廣與應用。因此，在今后發展過程中，應凝聚各方形成合力，提升工程化實用水平，引導應用產業健康發展，重視標準化測試，引導產業健康發展。

第4篇：量子通信范文

關鍵詞：量子密碼　量子通信

中圖分類號：TN91　文獻標識碼：A　文章編號：1007-3973(2011)002-059-01

量子理論誕生以來，科學家就試圖利用量子效應來實現遠距離、無時延、“絕對安全”的通信，量子通信將成為人類通信技術史上的又一次革命。

1　量子通信技術簡介

1.1　基本量子理論

量子態是指原子、中子、質子等粒子的狀態，它可表征粒子的能量、旋轉、運動、磁場以及其他的物理特性。量子理論主要包括量子糾纏和量子測不準原理，是現代物理學的核心理論。

量子糾纏指的是在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發生變化，另一個粒子的狀態也會立刻發生相同的變化，這也是利用量子效應傳遞密碼的基礎。

Heisenberg量子測不準原理是量子力學的基本原理，指在同一時刻以相同精度測定量子的位置與動量是不可能的，只能精確測定兩者之一。

1.2　量子通信的原理

量子通信是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式。在量子通信系統中，信息的發送方和接收方共享兩個糾纏在一起的幾乎完全一致的成對光子。當發送方將信息賦予一個光子時，接收方的糾纏光子就會幾乎同時發生一致的變化，從而實現用不加外力的方式傳輸信息，傳輸的只是表達量子信息的“狀態”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。在這一過程中，發送和接受方需要糾纏光子的數量取決于報文的長度。

量子通信系統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子測量裝置。量子通信的主要應用在于量子密碼的傳輸，與傳統通信的唯一區別在于，量子通信采用了一種新的密碼生成方式，而且密碼不可能被第三方獲取。

1.3　量子密碼技術

依據Heisenberg的量子測不準原理，通過竊聽不能得到確定的有效信息。同時，任何針對量子信號的竊聽都將不可避免的留下痕跡，從而被通信方所警覺。量子密碼技術就是利用這一原理來判斷是否有人竊取傳輸的密碼信息，從而實現密碼的絕對安全。

量子密鑰分配原理來源于光子偏振的原理。光子任意時刻的偏振方向具有隨機性，在兩個糾纏光子之間設置偏振片。當光子的偏振方向與偏振偏振片的傾斜方向的夾角很小時，光子改變偏振方向并通過偏振濾光器的概率大，否則就小。特別是當=90°，其概率為0：=45°時，其概率為0.5；=0°，其概率為1°通過公開渠道告知對方是如何旋轉的，把檢測到一個光子記為“1”，沒有檢測到記為“0”，雙方都能記錄到相同的一組二進制數列，以作為密碼。如果有人在半路監聽，同樣需要放置偏振片，就不可避免改變光子的偏振方向，使發送者和接受者記錄的數列產生差異。

2　量子通信的發展動態及應用

1926年量子力學誕生，成為人類認識微觀世界的理論基礎。1935年，愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證了量子力學和相對論之間的不相容性。1964年，約翰?貝爾提出了貝爾理論，闡明用實驗來檢驗超光速響應的可能性。1982年阿斯派克等人證明了超光速響應的存在。1984年，有人提出了用單光子偏振態編碼量子密碼技術方案，開始了量子密碼的研究。1989年，量子密鑰傳輸第一次演示獲得成功。1997年，奧地利蔡林格小組在室內首次完成了量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證；2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功的將量子態隱形傳輸距離提高到600米。

我國的量子通信技術發展迅速，位居世界前列。2007年開始，中國科大-清華大學聯合研究小組開始在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子隱形傳態，這一距離是目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞的量子密鑰分發的最大距離。中國科學家在自由空間量子通信方 向上的一系列工作引起了國際學術界的廣泛關注。英國的《新科學家》、美國的《今日物理》等多家學術新聞媒體均對這些工作進行了報道。下一步科學家們正在計劃通過自由空間實現幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸的極限。

量子通信比較傳統通信技術具有明顯優勢：抗干擾能力強，不需要借助傳統信道；量子密碼幾乎不可能被破譯，保密性強；線路時延幾乎為零，傳輸速度快。

第5篇：量子通信范文

關鍵詞:數據通信；量子密鑰分發；量子密碼終端；密鑰中繼

量子保密通信是基于量子密鑰分發的密碼通信解決方案，量子密鑰分發不依賴于計算的復雜性來保證通信安全，而是基于量子力學基本原理。只要能夠在通信雙方成功的建立密鑰，這組建立的密鑰就是絕對安全的，并且這種密鑰是具有絕對隨機性的，從原理上無法破解。由于量子密碼系統基于的這種隨機性，其安全性不因數學水平和計算能力的提高受到威脅，所以不僅是現在，而且在未來利用量子密碼系統加密的信息都是安全的。由此，人類目前已知的唯一具有長期安全性保障的通信解決方案是量子保密通信。并且在世界范圍內已有量子通信網絡初步建成并運行。在傳統數據傳輸系統基礎上，使用量子通信保證數據傳輸的安全性，提高數據通信網絡的可靠性、安全性和穩定性，是一個值得研究和發展的方向，兩者結合能夠有效保證數據在通信過程中的安全可靠。

一、QKD系統基本結構

如圖表1.1所示，QKD系統主要由主控模塊、數據處理模塊、系統管理模塊、光電系統（光學模塊和單光子探測器）組成。該QKD系統的運行受控于密鑰生成控制系統，由密鑰生成控制系統下發QKD控制指令給終端設備的系統管理模塊，系統管理模塊將接收到的指令進行必要的協議轉換（某些關鍵指令還需要加解密處理），完成對QKD系統進行工作流程控制。系統管理模塊的主要硬件結構如圖表1.2所示：

二、QKD系統與數據通信

在當前的要求數據安全性比較高的網絡中，會采用專線進行保密的數據通信，會添加防護設備，增加一道安全措施。設備首先需要通過證書機制，完成身份認證過程，然后將一端產生的隨機數通過非對稱密碼學算法加密處理后傳輸給另一端，而另一端的防護設備將接收到數據，并把數據進行解密，由此獲得隨機數，這樣就完成了對稱密鑰的分發過程。由于目前的對稱密鑰分發機制，必須由經典密鑰學的加解密算法處理，這樣就有可能被攻破。因此，通過制定一整套完善的量子對稱密鑰傳輸、同步、中繼等協議，使得防護設備可以使用QKD系統提供的對稱量子密鑰，對目前系統網絡中的數據進行實時量子加解密處理。如圖表2.1所示：

三、多用戶應用場景下的量子密鑰分配、存儲和管理機制

如圖表3.1所示，在要求較高的專線數據傳輸系統多用戶應用場景下，可將該專線網絡分為“客戶大區”和“管理大區”兩大部分。該場景下的兩個用戶之前數據通信的安全通信可由QKD系統直接向認證設備提供的量子密鑰保證。在該網絡中，可使用一個全通型光量子交換機，掛接6臺量子網關，在密鑰生成控制服務器的調度下，實現任意兩個設備間的量子密鑰分發，并直接把生成的量子密鑰存儲在各自設備內。管理大區用戶與客戶大區用戶之間進行通信，其防護設備可以使用QKD系統提供的量子密鑰，完成數據加解密功能，達到安全的保密通信要求。多用戶應用場景量子加密數據傳輸的主要步驟如下：(1)場景內，每個用戶終端部署一臺QKD系統，由密鑰生成控制服務器定時監控每個用戶的當前量子密鑰量，根據制定的排隊策略，把各個QKD系統按照規則進行配對，啟動量子密鑰分發；(2)各個QKD系統必須由唯一的ID號標識身份，該QKD與其他的QKD系統進行量子密鑰分發，并且會使用對方ID號對生成的量子密鑰進行標識和保存。(3)通過具體的用戶通信進行演示：客戶大區的用戶2需要與用戶4進行通信，密鑰生成控制服務器會統一管理，安排用戶2與用4進行通信，用戶2的QKD系統會根據ID號與用戶4的QKD系統分發的量子密鑰進行設備認證，而用戶4的QKD系統也會根據ID號與用戶2的QKD系統分發的量子密鑰提供給認證設備；(4)認證設備采用量子密鑰，對傳輸的數據進行加解密處理，使保密通信過程完成。

四、通信網絡與量子網絡融合

(一)通信網絡中的加密認證設備部署

專線網絡要實現“分級管理”的要求，各級數據調度中心以及下屬的各個數據站點部署了加密認證設備，根據總部調度通信關系建立加密隧道（理論上只能在上級和下級之間建立加密隧道），加密隧道拓撲的結構是網狀結構。如圖表4.1、圖表4.2所示：

(二)量子通信網絡融入實例

在一級分部調度中心管理中，加密認證設備需要對相鄰的二級分部使用QKD系統提供的量子密鑰進行加解密處理。網絡拓撲如圖表4.3所示：一級分部調度中心控制二級分部1和二級分部2的通信網絡，一級分部與兩個二級分部都可以通過量子集控站，完成兩兩間的量子信道建立，在集控站的統一協調下，使其具備兩兩之間能夠分發量子密鑰的能力。由此，一級分部調度中心與兩個分部之間就可以實現兩兩加密認證設備通過使用量子密鑰進行加解密處理的保密通信。該場景下的通信數據加解密與傳輸流程如下所示：(1（)這里一級分部調度中心簡稱為一級中心；二級分部1簡稱為二分1；二級分部2簡稱為二分2）。(2)一級中心的集控站與二分1的集控站、一級中心的集控站與二分2的集控站，在密鑰生成控制服務器（處于集控站中）的統一協調管理下，實現量子密鑰分發；(3)二分1需要完成與一級中心的通信數據傳輸，二分1的認證設備先用與一級中心分發的量子密鑰，對數據進行加密處理，然后由經典網絡傳給一級中心；(4)一級中心接收到二分1傳輸的加密數據，一級中心認證設備使用與二分1分發的量子密鑰進行解密，這樣就實現了二分1傳輸通信數據給一級中心的功能；(5)與此同時，一級中心下發調度指令給二分1，一級中心的認證設備使用與二分1分發的量子密鑰，對調度指令進行加密處理，然后通過經典網絡傳輸給二分1；(6)二分1接收到一級中心傳輸的加密調度指令，二分1認證設備使用與一級中心分發的量子密鑰進行解密，這樣就完成了一級中心傳輸數據給二分1的功能；(7)二分2與一級中心之間的通信數據傳輸與二分1相似。在二級分部1下，用戶1和用戶2的量子信道通過全通光量子交換機與該分部集控站連接，實現用戶1、用戶2和二級分部1兩兩之間的量子密鑰分發。該場景下的通信數據加解密與傳輸流程如下所示：(1)用戶1與二級分部1、用戶2與二級分部1，在密鑰生成控制服務器（處于集控站中）的統一協調，實現量子密鑰分發；(2)用戶1需要與一級分部調度中心進行通信數據傳輸，用戶1的認證設備首先使用其與一級分部1交互分發的量子密鑰，加密通信數據，然后由經典網絡傳輸給一級分部1；(3)一級分部1收到用戶1傳輸的經過加密通信數據，一級分部1的認證設備使用與用戶1分發的量子密鑰對加密數據進行解密，這樣就實現了用戶1傳輸數據給一級分部1的功能；(4)同時，一級分部1可以下發調度指令給用戶1，一級分部1的認證設備使用與用戶1分發的量子密鑰，加密調度指令，然后經由經典網絡傳輸給用戶1；(5)用戶1接收到二級分部1傳輸的加密調度指令，其認證設備使用與二級分部1分發的量子密鑰進行解密，這樣就完成了二級分部1傳輸通信數據給用戶1的功能；(6)用戶2與二級分部1之間的通信數據傳輸與用戶1類似。如果用戶1或用戶2需要與一級分部調度中心直接傳輸通信數據，則要用到密鑰中繼功能，以用戶2上傳數據給一級分部調度中心為例，主要步驟如下所示：(1)一級分部調度中心的集控站與二級分部1下的用戶2，通過它們之間的二級分部1集控站，利用經典密鑰中繼的方式，使一級分部調度中心與用戶2之間擁有共享的量子密鑰；(2)用戶2的認證設備，需要給傳輸給一級分部調度中心的數據進行加密，加密密鑰為上述共享的量子密鑰，然后由經典網絡傳輸給一級分部調度中心；(3)一級分部調度中心的認證設備，利用對應的量子密鑰作為業務密鑰，將用戶2傳輸過來的加密數據進行解密，這樣就實現了用戶2與一級分部調度中心之間數據加解密傳輸功能。

五、結束語

第6篇：量子通信范文

量子通信是加密不是傳輸

量子通信是加密概念，而不是傳輸概念，更不是什么超光速通信。

舉一個簡單的例子來說明。假設你有兩個朋友，一個在廣州，一個在北京，你自己則在中間的上海。你們三個人事先說好，你會隨機給這兩個朋友中的一個人寄一個蘋果，另一個人寄一根香蕉。那么當你的廣州朋友收到蘋果時，他會瞬間知道你給北京朋友送的是香蕉。在你廣州朋友打開盒子看到蘋果的那一個瞬間，確實是以比光速還要快的速度獲得了關于你北京朋友收到了香蕉的這個信息，但這個“信息”并非實際存在的信息，甚至接收到第一個信號還要依靠傳統的郵寄運輸模式。

當然真正的量子通信要遠比兩個水果復雜得多，但本質完全一樣，量子通信從來不是超光速傳遞信息，而是無論采取何種方式都必須依靠經典通信技術參與，所以更無“顛覆”一說。

量子通信區別于經典通信，實質上是量子的“不可破解性”。比如上個例子中的“蘋果”和“香蕉”，可以看成是兩個糾纏起來了的量子，一個人拿到了其中一個，就可以判斷出另一個。但如果不知道“蘋果”和“香蕉”的糾纏關系，哪怕截獲了整個蘋果，也猜不出另一方收到的是什么水果。

在現實應用里當然沒有兩個水果那么簡單，“蘋果”會變成一個無窮復雜的量子，那么能和其對應的“香蕉”，就是另一個無窮復雜的惟一量子，兩個量子就是“糾纏態”，所以量子通信里量子的用途，最終是保密而不是傳輸。

量子通信和量子計算

是兩回事

量子技術在現實應用方面，一直有兩大主要分支，第一是量子通信，第二是量子計算。這兩者聽上去也很容易混淆，但其實代表著完全不同的兩種技術路數。總體來說，中美兩國恰好是選擇了兩個不同的方向。

在量子通信產業化方面，中國無疑領先于美國。

量子通信的商用性主要就體現在數據保密上，比如，網上銀行數據的遠程災備應用、金融機構信息數據的采集應用、金融信息交易應用以及銀行同城數據生產和災備應用等。目前量子通信里面研究的主要進展，就是把一對糾纏態量子之間的距離盡可能拉長。比如，中科大潘建偉院士團隊實現的“多自由度量子隱形傳態”研究，剛剛被評為2015年度國際物理學領域的十項重大突破之首。潘建偉團隊將量子之間的安全距離進一步擴展到了地面200千米以上，這在低耗能的太空意味著2千米的距離，量子通信衛星由此成為可能，下一步就是大規模量子網絡。

但是美國為什么要搞量子計算？這和硅谷這幾年全力投入機器學習和人工智能的風潮有關系。雖然量子計算的應用其實很受限，但和人工智能的核心部分卻異常匹配，可能是未來真正強大的人工智能出現的基礎。

所以，雖然量子通信是當之無愧的信息安全利器，但相比起來，量子計算一旦被攻破，則可能是類似蒸汽機之于工業文明那樣的新一代科技引擎，甚至是人類文明的一大步。

第7篇：量子通信范文

或許是上天的安排，那個“陽光伙伴”竟讓我的夜空閃爍起星火，當我望著你那張總愛發呆的臉，我不斷問自己，是你嗎？感覺一股熟悉敲打著我的心靈，是在呼喚我們那段友誼吧，我是那么那么地期待我們的相遇，我暗暗慶幸我可以奔跑，因為它讓我和你再一次燃燒那火苗。或許真的是變了，你變得那樣文靜，像一個沉睡的天使，你應該過得很好吧。沒有說過多的話，但那思念裝滿了這段比賽前的溫馨。

“我們之間的那句約定你還記得嗎？”

“當然，你說你會比我更早認出我。”

“我真的回來了茹，可我不知道這樣的機遇有幾次。”

“我一直在等你，我會等。”

“時間會沖淡我們嗎？”

“我想，只要我們在，時間會祝福我們的。”

“我們再許一次約定，下次見面的約定。”

“這次，讓我來認出你”

第8篇：量子通信范文

到了三月的時候，阿里山就變成了一個絕絢麗的櫻花林，這里的櫻花季馳名中外，千島櫻、山櫻花等不同品種的櫻花依次開放，潔白如雪、燦爛耀眼的花季主角——吉野櫻更是美不勝收，當花瓣飄落之際，就如同空中下起了櫻花雪，使人覺得來到了夢幻般的世界。每年來到這里觀賞櫻花的游客都絡繹不絕。

阿里山的日出、森林、云海、晚霞和鐵路合稱為五奇，都十分美麗壯觀，當清晨的第一縷陽光乍現，火紅的朝陽“一蹦一跳”地躍出了山頭，那燦爛的光芒照亮了黎明前黑夜，也為新的一天拉開了帷幕！這就是阿里山著名的日出了！

很久以前，武夷山與阿里山是連在一起的。有一年，不知從什么地方來了個惡魔，強行占有了整座山，使得這里民不聊生。花珊是山下村子里的一個美麗的姑娘，為了鏟除惡魔，刻苦用功，練出了一身好武藝。花珊做好準備后，她就打惡魔去了。在搏斗中，惡魔被花珊的箭射中，滾下山去，她趁勢一刀劈下去。隨著一聲巨響，惡魔和大山都被劈成了兩段。大山中間出現了一道深溝，奔騰的東海之水洶涌而來，形成了臺灣海峽，那大山成了西面的武夷山和臺灣東面的阿里山。雖說這只是一個傳說，它說明了臺灣與內地山連山、水連水，兩岸人民血濃于水，同是龍的傳人。

第9篇：量子通信范文

一、愛心感染，點燃自信

學生缺乏自信，是由于極少體驗成功，感受不到老師的愛。為了激發他們的熱情，我采用有聲語言和無聲語言傳遞我對學生的關愛和期望。每當走進教室，我總是微笑著，用熱誠的目光看著每一位同學。對于自卑、厭學的同學，我更是親近他們。我要使他們親近我、喜歡我，從而喜歡學習。對認真作畫的同學，我及時表揚；對積極發言的同學，我投去贊許的眼光。我對落后的學生從不輕易下結論，更不挖苦，而是尊重、鼓勵、表揚。例如我發現班中李陽同學學習情緒低落，上課不發言。我找他談話問其原因，他說：“我的表達能力差。”周圍的同學也跟著插嘴，以前老師都說他的表達能力差。為了使他恢復信心，我對全班同學說，我認為李陽同學很聰明，很勇敢，上課一定能積極發言。在我的鼓勵下，他在課堂上爭著發言。現在他喜歡上美術課，因為上美術課他有表現自己的機會。

二、解除兒童繪畫心理障礙，樹立自信心

自信心是一個人相信自己的愿望或預料一定能夠實現的心理。一個自信心十足的人，能夠順利走向成功的彼岸。因此，作為美術教師，課前應告訴學生繪畫跟其他學科不一樣，只要你有信心，肯動手，勤動腦，畫出跟別人不同的風格，就是最好的。創設條件，使他們體驗到成功的喜悅。這種成功的喜悅，將使他們產生“我若認真作畫，也能畫好甚至更好”的強烈自信，而這種自信心又會誘發他們期盼下一次比這次畫得更好。

三、利用欣賞的形式和自由畫培養兒童的自信心

1.通過欣賞兒童畫培養兒童自信心。繪畫對兒童來說是一種游戲，是借助畫筆表現自己的一種心理思維活動方式，也是他們表達對客觀事物的特殊形式。針對這一特點，在教學活動中我先拿出幾幅在學生眼中很普通的畫面，告訴他們這幾幅畫非常好，好在哪里？讓學生自己欣賞，并說出自己認為哪里好，自己要從哪里比他畫得更好。在學生爭先恐后的發言過程中，他們大腦中已經有了一個清晰的軌路，不再自卑不會畫，而是自信地拿起畫筆畫出自己心中的畫。

2.通過自由畫畫培養兒童自信心。要想讓孩子充分發揮想象，不借助范畫畫出自己的畫需要一個過程。很多時間我不再讓學生看范畫，而是把這節課的主題內容說明，采取自由畫的形式，讓兒童去想、去討論、去感受、去自己創作，使兒童在感受美的形象過程中欣賞美、領略美，從而各方面得到啟發和教育。同時，引導兒童從形象入手，從局部到整體，從內容到形式進行觀察、分析和體驗，再讓兒童發揮他們的主動性，大膽地去嘗試。

四、利用分組教學法，培養兒童自信心

兒童對繪畫的出發點完全是因為“好玩”“有趣”。我根據這一特點，采取分組教學法，對兒童進行教學，把他們分為好、中、差三組。幼兒在活動中可以自由走動，交談，隨時觀察別人的畫，自始至終讓兒童在一種輕松、愉快、毫無思想負擔，以游戲性為活動形式的教學中得到教益。鼓勵畫得好的兒童做示范，談談怎樣畫，怎樣涂色等問題，為其他兒童樹立榜樣。同時，對中差兒童應善意地接納他們的畫，鼓勵他，在指導上盡量用“談談你為什么這樣畫”來代替“不應這樣畫，應該那樣畫”等，這樣不僅提高了兒童的學習興趣，又增加了他們的自信心。相反，教師經常批評兒童“這不對，那也不行”，過早地給兒童下了“笨蛋”“蠢才”“亂畫”等結論，就會使兒童產生自卑感，從而影響自信心的萌發與培養。就這樣，一次次活動后，沒有再聽到學生的要求聲，沒有再看到他們不自信的眼光，而是聽到更多的“為什么”“像什么”。看到的是一雙雙自信的眼光，一幅幅內容豐富，色彩鮮艷，表現力強的畫面。

通過以上教學活動，激發了兒童對美術活動的積極性，提高了兒童繪畫水平，思維能力和表達能力，更重要的是讓孩子們在美術活動中克服了他們的依賴性，樹立了自信心，架起了通往成功的橋梁。