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量子通信范文1
中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）10-0060-01
1、概論
量子技術于上個世紀八十年代誕生并在二十世紀末在國際學術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突破了現有信息技術的物理極限，在通信科學領域中提供新的原理和方法。二十一世紀信息科學將從“經典”時代跨越到“量子”時代，其發展將對國民經濟軍事、國防安全等都有著直接而重大的影響，各國都將量子技術作為重大戰略點投入并發展。
2、量子糾纏技術
量子糾纏是一種存在于多種量子系統中的一種子系統。從測量學的角度分析，量子糾纏的結果無法獨立于單獨的系統且必定聯系其他系統的參數。通常，一個量子是無法產生糾纏態的，至少要有兩個量子位。假設由C和D構成一個復合系統，如果其量子態不能表示為該系統的糾纏態，則此復合系統的波函數不能表示為該子系統的直積：
常見的糾纏態有：兩個粒子構成的貝爾基，它兩兩相交且具有最大的糾纏態；三個粒子構成的GHZ糾纏態等。
量子糾纏的實質是一種微觀的多系統之間的一種非定域的關聯，它是傳遞量子信息的通道，這也是用于實現量子通信的基礎。
3、量子通信技術
量子通信是以量子糾纏技術作為基礎，通過量子糾纏所產生的連鎖效應來實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，遠程傳態等。
量子通信的信息單位稱為量子比特（qubit），它是兩種邏輯態的疊加。在量子通信中，我們用量子態來表示信息，信息傳遞和信息處理中遇到的問題都采用量子理論來處理，其中，信息的傳輸是利用量子態在量子通道中的傳送，信息的處理和計算是利用量子態的幺正變換，信息的提取是對量子系統進行測量。
我們看到，信息一旦量子化，則量子力學便成為了實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，兩個共享信息的人必須共享兩個幾乎一致的成對的量子（如光子），當其中一個量子攜帶了信息，則此信息會消失或者重現在另一個光子上，以此實現“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地方消失，又能在另一個地方重現的過程。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送報文本身的長度。由于量子只能成對產生且只能在一對發送者和接受者之間進行傳輸，所以量子通信網絡也只能是一個鏈路一個鏈路地建立。
量子通信的特點在于量子通信中的信息傳遞可以不通過通信雙方之間的空間，從而使得通信不會受到空間環境的制約與影響；量子通信的傳輸線路時延可以為0，是最快的通信方式；量子通信中，第三方是無法進行干擾和竊聽。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，屬于環保型新技術。
4、量子通信前沿
量子通信的實現方式通常有兩種：
（1）利用量子耦合技術，制造出多粒子的量子耦合態。
（2）利用生物技術，建立意識生物的意識器官之間的某種量子耦合。
今年五月，中國科學院成功實現了遠距離量子通信隱態傳輸。量子的運動不遵循中學學過的牛頓定律和麥克斯韋電磁定律，也不遵循描述宏觀物體運動規律的相對論。量子通信最突出的是不能同時滿足實在性和定域性。由于量子處于所有可能狀態的疊加態，當你以不同方式觀測它時，它才明確呈現出特定的狀態，呈現何種狀態與觀測者和觀測方式有關。其實現量子通信隱態傳輸原理如下：第一，把相干的兩個量子A和B分別傳送到信息的發端和收端；第二，另取一個量子C（這個C就是要被傳輸的東西），在發端對A和C做某種聯合測量；第三，通過經典信道（比如打電話、發郵件等）把聯合測量A與C的結果告知B；第四，收端在得知A與C聯合測量的結果之后，做某種運算（或測量），運算之后B的狀態與C在測量之前的狀態就一致了（在發端對A和C進行測量的瞬間，由于A和B是相干的，B的狀態也受到了某種程度的影響，這種影響，是C的初始狀態可以在B上還原的根本原因）。到此為止，量子C在發端消失了（對量子的測量會導致量子狀態的變化，從這個意義上講，測量之后的C已經不是原來的C了），它又出現在收端（收端量子B的狀態與原來C的狀態相同，從這個意義上講，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，單從物理原理上說是可能的。更嚴格的說法是物體在某地被銷毀，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，量子信道的容量無限大，量子態傳輸的速度無限快，而且量子態的傳輸無法攔截，因而是絕對安全的。
參考文獻
量子通信范文2
在信息時代，網絡安全是一個嚴峻的問題。信息安全已經得到了各國政府的高度重視，一方面要保護自己的安全，另一方面要攻擊對方，信息保護的升級刻不容緩。
1 現代密碼學
現代密碼學的基本思想是發送方使用加密算法和密鑰，將要保密的信息變成數字發送給接收方。密鑰是隨機數0、1，將其與要傳送的數字明文放在一起，用加密算法把它們變成密文，密文就是傳送的信息。接收方使用事先定好的相應的解密算法，反變換將明文提取出。
密碼體制分為兩類：一類叫對稱密鑰(非公開密鑰)，它的加密密鑰和解密密鑰相同，通信雙方需要事先共享相同的密鑰，關鍵在于如何安全地傳遞密鑰。其中有一種一次一密(one time pad)的密碼，用與明文等長的二進制密鑰與明文異或得密文，并且每個密鑰使用一次就銷毀，根據香農的證明一次一密是無法破譯的。
另一類叫非對稱密鑰(公開密鑰)，加密密鑰和解密密鑰不相同，加密密鑰公開，發送者發送密鑰與明文混合之后的密文，接受者使用不相同的密鑰解出密文。從公開的加密密鑰推導出解密密鑰需要耗費極巨大的資源，雖然原則上可破解，但實際做不到，所以，在當今社會受到廣泛使用。
一旦量子計算機研制成功，它可以更快速的破解數學難題，公開密鑰就面臨了嚴峻挑戰。
2 量子密碼
無論采用哪種方法，都無法避免“截取-重發”的威脅。為了應對強大的量子計算機，需要無條件安全的一次一密的加密方案;但必須解決密鑰分配的安全性，可以借助于量子信息作為密鑰傳輸的工具。一次一密不可破譯加上密鑰傳輸不可以竊聽，從理論上就可以做一個“絕對安全”的量子保密通信。
量子密碼是利用信息載體(例如光子等粒子)的量子特性，以量子態作為符號描述的密碼，它的安全性是由量子力學的物理原理保障的。
①測量塌縮理論：除非該量子態本身即為測量算符的本征態，否則對量子態進行測量會導致“波包塌縮”，即測量將會改變最初的量子態。②不確定原理：不能同時精準測量兩個非對易物理量。③不可克隆原理：無法對一個未知的量子態進行精確的復制。④單個光子不可再分：不存在半個光子。
3 量子通信
量子通信，廣義是指量子態從一個地方傳送到另一個地方，內容包括量子隱形傳態、量子糾纏交換、量子密鑰分配;狹義上是指量子密鑰分配或基于量子密鑰分配的密碼通信。本文講述的是狹義的量子通信。
3.1 單光子的偏振態
本文介紹采用BB84協議實現的量子通信，在發送者和接收者之間用單光子的偏振態作為信息的載體。有兩種模式：一個是直線模式，光子偏振態的偏振方向是垂直或者水平，如圖1所示;一個是斜線(對角)模式，光子偏振態的偏振方向與垂直線稱45 ?觷角，如圖2所示。
3.2 基于BB84協議下的“制備-測量”
依照慣例，密碼學家稱發送者為Alice，接收者為Bob。Alice隨機用直線模式或對角模式發出光子，并記錄下不同的指向。Bob也隨機決定用兩種模式之一測量接收到的光子，同時記下采用檢偏器的模式和測量結果值。傳送結束后，Alice與Bob聯絡，Bob告訴Alice他分別采用哪種模式測量，然后Alice會告訴Bob哪些模式是錯誤的，這一過程無須保密。之后他們會刪除使用錯誤模式測量的光子，而正確模式測量出的光子按照統一規定變成0、1碼后，就成為量子密鑰。
3.3 發生竊聽
根據“海森堡測不準原理”，任何測量都無法窮盡量子的所有信息。因此，竊聽者想要復制一個完全相同的光子是根本不可能的事情。同時，任何截獲或測量量子密鑰的操作都會改變量子狀態，竊聽者只得到無意義的信息，而信息合法接受者也可以從量子態的改變，知道存在竊聽者。
密碼學家通常稱竊聽者為Eve，同Bob一樣只能隨機選擇一種測量模式，當她采用錯誤的測量方式對某一光子測量時，由于波包塌縮，光子的偏振態會改變。比如，Eve使用對角模式測量直線模式下的光子態，光子態會塌縮為對角模式。之后即使Bob選擇了正確的測量模式測量該光子，Bob可能會得到不符合編碼信息的測量結果，這就產生了誤差，具體通信過程如圖3所示。
Eve竊聽一個光子采用錯誤測量模式的概率是50%;采用錯誤模式時，信息可能變成0，也可能變成1，他有25%的概率被發現。但密鑰并非一個光子組成，光子數越多被發現的概率就會越高。當誤碼率低于閾值，就可以稱這個密碼是安全的;當誤碼率超過閾值，就稱密碼被竊聽，重新再制備新的密鑰，一直檢查到密鑰在建立過程中沒有竊聽者存在，接下來進行一次一密的傳送。通過這種方式能保證密鑰本身安全，并且加密密文不可破譯，這就是量子通信的安全性所在。
3.4 量子信道與經典信道
發送方通過量子信道傳送量子態光子，接收方用兩種不同類型的檢偏器測量，檢測出0、1組成的量子密鑰，還需要一個經典信道。因為是采用一次一密方式，所以經典信道需要定時傳送同步信號。
4 量子通信現狀
由于量子通信技術的各種優勢，國際上的一些國家，特別是美國、日本、歐盟都投入了大量的人力物力，進行量子通信的理論與實驗研究。2002年美國BBN公司，哈佛大學和波士頓大學開始聯合建造DARPA網絡。2010年日本在三個政府機構之間使用量子密鑰分配技術，并與2010年10月在東京演示了一個城域量子保密通信網。2010年西班牙馬德里建成歐盟第一個城域QKD網絡。我國也在量子通信技術的道路上不斷發展。2012年“金融信息量子通信驗證網”是世界首次利用量子通信網絡實現金融信息的傳輸。2012年黨的“十”期間在部分核心部位部署量子通信系統。2013年量子保密通信“京滬干線”正式立項，打造廣域量子通信網絡。
5 結 語
量子通信還有一些技術難題未攻破，例如信道的干擾，設備的非理想特性，身份驗證、密鑰存儲等技術需要進一步改良等等。雖然理想情況量子密碼不可破，但在實際中還有一些漏洞需要考慮。在未來幾年，相信我國在中央、地方政府及相關部門大力支持下，通過相關科研團隊的努力，量子通信技術會不斷完善，量子通信產業也必將取得飛速發展。
量子通信范文3
【關鍵詞】量子通信；量子信息學；量子信道；光子探測
1.引言
量子通信是量子力學和通信科學相結合的產物，可以實現經典信息論不能完成的信息處理任務。量子通信以量子力學為基礎，其研究包括：量子隱形傳態、量子安全直接通信等研究方向，對現有信息技術帶來了重大突破，引起了學術界高度重視。近年來，有關量子計算機、量子相干性、量子通信、量子密碼等理論和研究大熱，其中，量子通信作為量子信息研究的內容之一，成為物理學等領域最活躍的研究熱點。量子通信理論上可以實現絕對安全的通信過程，最初是利用光纖完成的，但由于光纖受地理和自身限制，無法實現遠距離的量子通信，不利于全球化量子通信。1993年，6位來自不同國家的科學提出了利用量子隱形傳送方案，構建了一種脫離實物的量子通信系統，以量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成了大容量信息的傳輸，實現原則上不可被破譯的通信技術。由于存在不可避免的環境噪聲，量子的糾纏態品質會隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，量子通信不可避免地首先要解決傳輸距離的限制才能具有良好的應用前景?？臻g量子通信技術利用分發糾纏光子的方法為遠程量子通信的研究提供了一種途徑。
2.空間量子通信技術原理
量子通信具有“容量大、速度快、保密性好”的優點，其過程遵從量子力學原理。典型的量子通信系統包括：量子態發生器、通道和量子測量裝置。具有量子效應的粒子如：光子、電子、原子等，都可以作為實現量子通信的量子信號[1]。由于光信號具有良好的傳輸特性，我們現在通常所說的量子通信系統均為量子光通信系統。單光子（糾纏光子對）的分發是實現空間量子通信的前提，空間量子通信技術可以通過空間技術實現全球化的量子通信，克服自由空間鏈路帶來的距離限制，圖1給出了典型量子通信實驗系統組成。
使用糾纏量子信號的量子態隱形傳輸技術是未來量子通信網絡的核心技術[2]，其原理如下：根據量子力學理論，由兩個光子組成的糾纏光子對（薛定諤將多體量子狀態的不可分的相互關聯稱為量子糾纏），無論其在宇宙中相隔多遠，其狀態均不可分割。單獨測量其中一個光子狀態，會得到完全隨機的結果，根據海森堡測不準原理，一旦測量了其中一個光子的狀態，即使其發生了變化，那么另一個光子也會發生同樣的變化，即“塌縮”到相同的狀態。利用這一特性，通信者Alice隨機產生一個比特，再隨機改變自己的基來制備傳輸量子態，并重復多次，接收者Bob通過量子信道進行接收，他測量每個光子，也隨機改變自己的基，當兩人的基相同時，就得到了一組互補的隨機數。一旦竊聽者Eve進行竊聽，糾纏光子對的特性就被破壞，Alice和Bob就會發覺，因此利用這種方式的通信是絕對安全的。
3.量子通信的研究進展和趨勢
人們最初對量子的研究是基于對光的研究進行的，由于量子通信可以建立無法被破譯的通信系統，因此受到美國、歐盟、日本等國在內有關科研機構的大力研究和發展，我國在這方面的研究成果也受到了國際上的廣泛關注。特別是在量子通信的演示驗證試驗方面，學術界已經由地面自由空間傳輸試驗向空間傳輸試驗發展[1][3]。
（1）分發協議的發展
1984年，IBM公司的Chales H.Bennet和加拿大蒙特利爾大學的Gilles Brassard提出了第一個分發協議——BB84協議[4]。在1992年，他們又提出了EPR協議，又稱E91協議，將糾纏態首次與量子通信聯系起來[5]。2002年，Bostrom和Felbinger提出了Ping-pong協議[6]，這是一個十分重要的協議，其信息可以被確定性的直接傳輸，明顯提高了傳輸相率，受到人們的重視。目前所有實驗基本上基于上述協議進行的[7]。
（2）地面自由空間量子通信實驗進展
1993年，美國IBM公司基于糾纏態交換的實驗方案實現了世界上第一個量子信息傳輸實驗，傳輸距離32cm，傳輸速率10bps，從此拉開了量子通信實驗研究的序幕[1]。表1給出了現在國內外較著名的地面自由空間量子通信實驗及成果[2][8-10]。
其中，中國科學技術大學潘建偉教授、清華大學彭承志教授等人于2005年至2009年間一系列的研究成果表明量子隱態傳輸穿越大氣層是可行的，糾纏光子在穿透等效于整個大氣厚度的地面大氣后，其糾纏特性仍可以保持，這為未來空間量子通信技術的發展奠定了基礎[7]。2007年，Zeilinger領導的聯合實驗室在奧地利兩海島間實現了跨越144km距離的基于誘騙態和糾纏態量子通信，是目前為止自由空間量子通信實驗距離的世界紀錄[7]。該實驗的單光子源采用弱相干脈沖[10]，鏈路采用雙向主動望遠鏡跟蹤系統，包括一臺光學望遠鏡（可發送單光子同時接收信標激光信號）及一架CCD相機等部件，如圖2所示。這個實驗的成功被認為是實現空間量子通信的重要基石。
由于量子通信的優勢和特點，許多國家都把其列入重點研究范圍，縱觀各國研究現狀，不難發現，美國側重研究量子理論，正在大力研究和發展量子計算機和量子通信的理論和技術，希望在十年內有所突破。歐洲則對星地量子通信等空間應用較感興趣，善于聯合各國力量推動量子通信技術發展，現已開展相關實驗。日本則重點致力于提高量子通信傳輸速率，并致力于量子網絡系統的搭建和研究。我國目前已經在自由空間量子通信上取得了一系列世界領先的科研成果，需要廣大科研人員繼續努力，保持我國在該領域的領先地位。
（3）量子通信在空間的實驗計劃
歐空局（ESA）自2002年以來資助了一系列空間量子通信研究，如QSpace項目（2002年-2003年），ACCOM項目（2004年），QIPS（2005年-2007年）。QSpace項目一來是為了驗證基于量子物理學的空間通信技術的可行性，二來是為了驗證空間量子通信較地面量子通信的優勢，如可避免大氣擾動和吸收的影響等[11]。為此該項目進行了一些列的試驗，獲得了空間量子通信四項主要應用方向，對空間量子通信技術優勢進行了歸納總結。ACCOM項目主要包括一個空-地單向通信實驗，該實驗基于當時的星間光通信技術，利用一個空基發射機對多個分布式地基接收機間進行自由空間量子通信實驗，首次研發出了一種可重復使用光學收發終端。該項目的實驗系統是在經典光學通信系統上進行復雜設計后改建的。QIPS項目即為上面描述的Zeilinger領導的聯合實驗團隊進行的144km量子通信實驗。實驗表明，144km地面水平傳輸實驗量子信道傳輸損耗約為25-30dB，這一數值與低軌衛星與地面間傳輸損耗大致相當，由此可見，同樣的技術應用于空-地系統更具發展潛力和優勢。
基于上述研究成果，維也納大學的研究團隊于2004年提出了Space-QUEST計劃。審核該計劃的ELIPS-2項目組認為該計劃具有非常巨大的優勢并強烈推薦ESA進行資助并實施。Space-QUEST實驗旨在首次驗證如下內容[11]：
1）基于新型量子通信技術（QKD）的全球無條件安全空間信息傳輸技術。
2）利用空間環境優勢，突破地基量子通信瓶頸，實現空間量子通信。
如圖4所示，該計劃擬采用國際空間站（ISS）上搭載的量子通信終端設備向地面發送糾纏態光子來進行，搭載的光學望遠鏡口徑僅10-15cm，載荷總重小于100kg，峰值功率小于250W，收發終端間距離大于1000km，遠遠超過現有地基實驗系統傳輸距離。該計劃最終將于2015年實施完成。
（4）空間量子通信技術存在的主要問題
一是空間量子通信噪聲干擾消除問題。由于現實通訊狀況的不完美和噪聲干擾，所有的量子密碼協議的噪聲干擾如果跟有竊聽者存在所帶來的噪聲沒有差別[1]，通信連路是無法建立起來的；二是自由空間量子信道的傳輸特性問題。不同地面環境對光子傳播的影響，包括大氣衰減和退極化效應。4.總結
如上所述，近年來量子通信由于其安全性引起了研究人員廣泛地興趣，目前在實驗領域取得了一系列進展，其中量子態的隱形傳輸，量子網絡等技術正逐步走向實用。正是因為量子擁有廣袤的實用前景，各國均在量子通信技術方面加大科研投入。但是在降低單光子源成本、加大通信傳輸距離、增強檢測概率等一些關鍵性問題上還需要進一步研究。本文主要闡述了空間量子通信技術的產生、基本原理、發展歷程和現狀，并對空間量子通信技術存在的問題和難點進行了介紹。筆者相信，隨著科學技術的發展，量子通信技術實用化、商用化指日可待。
參考文獻
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量子通信范文4
1.量子通信技術的特點及其發展歷程
1.1量子通信技術的優點
量子通信系統是物理的量子學與現在信息理論想交叉的學科通訊技術，一類傳輸的是經典傳輸，一類是量子傳輸。其中經典傳輸是密鑰的傳輸，而隱形的傳輸是無距離精確完美的傳輸。量子通信技術在信息化時代剛興起不久，并迅速被應用到很多的領域中，并發揮了重要的作用。這一通信有密鑰技術、遠距離的傳送、編碼的實現、國防等領域中普及，而且通信技術具有高效率、靈活、高速、絕對安全的信息的傳輸、通訊時?？梢詾榱愕葍烖c，被廣泛應用各個領域。
1.2量子通信技術的提出發展歷程
量子通信技術的提出簡要分為19世紀進入通訊時代、信息交流與通信技術的演化、量子通信技術的突破。[2]
19世紀進入通訊時代，以往的通信技術是通過電磁波之類的信息載體進行信息的傳送，速度很慢，沒有量子效應的研制，這樣的受很多因素條件限制比較大，空間距離就有可能讓一些領域信息傳輸不夠精準，一直都是信息載體的傳輸，效率不高且應用起來夠完美。自從信息交流演化進程發展的加快，量子態開始迅速發展，時刻體現“零距離”、“高效率”“絕對安全實現”開始了通信傳輸進程的加快。最后在量子態的發展下具有了現在技術所需要的社會功用，具有很大的實用性。隨著量子態中運用物理特性，例如原子可以表征粒子的物理特性、以及“量子效應”一個粒子的改變會牽引另一個粒子無論多遠都會發生改變等的發展、遠程通信技術，以及隱形傳輸的發展，都帶來了量子通信傳輸研究領域的技術飛躍發展。
2.量子通信技術在各個信息化領域的廣泛應用
2.1量子通信技術在發射衛星上天中的應用
量子通信傳輸不僅被應用到通信、多媒體、人工智能當中，也被各個領域運用，在日常生活中比較常見的是發射衛星上天網絡的建立、以及利用衛星建立的網絡平臺實現中轉，在較之非量子通信上有著不可替代的優勢。量子通信技術雖然剛剛研究起步，但是確實研究的前景最為看好的通信傳輸技術，量子通信傳輸提供的零距離實現可以說是為其無空間受制最為成功的跨越，傳輸效率也因為量子通信傳輸的量子態處理，所以在傳輸中對完美傳輸要求精準這樣嚴格的條件下，而量子信息技術恰恰滿足了對于這樣捕捉能力的需求，利用紅外單光子探測器就實現了很好的捕捉。
2.2量子通信加密原理在國防、軍事領域中的運用
利用量子效應，利用量子態的粒子攜帶密碼信息，就不會有被竊聽的風險，這樣的應用到具有安全機密要求極高的軍事領域中，保護通信密碼的通信傳輸是量子通信的運用是對安全最完全的實現。以往通信傳輸受安全系數不高、傳輸距離的制約，不能對軍事機密安全保證、空間距離大大制約了軍事領域的發展。實現了“絕對安全‘這便直接決定了量子信息傳輸選擇中量子理論的重要地位。[1]而且由于是信息僅僅是“黏著”在一個光子或者電子上，可以達到保證“竊聽” 時信息的改變，這樣的量子應用無疑是保證了內容絕對保密的關鍵的因素，這樣加密方法是很難破譯的、絕對安全以及突破傳統數學加密方法，可以說，任何的“竊聽”的活動以及信息的“攔截”都會改變量子狀態。根據調查顯示，大部分的軍事領域將量子密鑰為自己所用，已滿足現在競爭的需求，而且80%以上的軍事、國防需要安全保證、遠距離、高效率的傳輸信息技術。使量子密鑰在安全性、距離的傳輸以及量子態等轉換得到保證，量子密碼代替了傳統數學密碼可以破解的方法，在運用量子密碼之后，保證了信息的絕對安全的保證。
2.3量子通信技術在空間信息傳輸中的應用
現如今信息時代傳輸高效安全是關鍵因素，信息傳輸的關注焦點主要集中在信息化安全、高效、遠距離的傳輸上面，就是能安全、大容量的傳輸信息，且事實證明在傳輸上，因為距離原因上面，對于穩定性的傳輸技術還是需要由理論上升為研究實踐的提高。
3.量子通信技術的發展前景展望
3.1網絡密鑰會有更大的“新”突破
網絡密鑰對于軍事以及國防的安全性保證當之無愧對于安全系數高的領域能實現應用。但是還是沒有被大規模的應用，這就是與量子糾纏有關，因為長距離的量子的穩定性還在創意研發階段，不過，實現更遠距離的有效的密鑰的理論與實踐能力都是會有更大的進展并且因為量子密碼傳輸在全球都會實現安全的信息傳輸。
3.2滿足更“大容量”方面的發展
數字信號處理技術打破了所受空間、距離以及安全等等的種種限制，同時對容量的需求給予了極大的滿足，大容量可以實現高清晰圖像，例如：可以實現超高速數據的傳輸。[2]目前，應用領域，80%以上的全球因特網絡是以量子通信為基礎的，預計以后全球化的通信技術的發展都要以此為基礎。
3.3宇宙空間探索的更“快”進程
量子通信傳輸的信息技術，可以實現長距離且絕對安全的傳輸。不受空間等變化影響，可以并行執行多個操作，最可貴的是可以實現通信時常為零，甚至是超光速進行傳輸能力，將量子通信傳輸技術應用于宇宙探索中，這是當前發展的趨勢能夠加速我們在探索宇宙中的。
4.結論
在這樣一個通信技術與交流、競爭并存的時代，通信技術的的如何更好的應用也是關鍵的問題，尤其是現在軍事、經濟等領域的競爭，空間攔截“竊聽”技術研究國家的增多，量子力學與信息學的結合，如果不能不能很好的利用和很快將信息化時代的優勢為自己所用，造成發展或者國家經濟的發展出現被淘汰的境地。
綜上所述，在信息化時代需要在一個較為大容量、安全的傳輸能力下，傳輸信息。而量子通信技術在實際的通信以及衛星、國防等領域的應用，因為遠距離、高效、安全保證的能力的優點，促進了各個領域更好的發展，很好的結合信息學知識，向更好的方向發展的，因此，高效運用量子通信技術，將優點應用到各個領域，加速各個領域的發展同時也會使量子通信滲透進我們生活，量子通信技術的也使我們人類發展的進程的加快。
量子通信范文5
【關鍵詞】 量子通信 發展 存在問題 現狀分析
20世紀80年代是量子通信技術研究的開啟性時代，其實從歷史角度看量子通信技術的研究要早于這個時間，早在20世紀70年代威斯納已經寫出了“共軛編碼”這篇著名文章。量子通信技術是在量子力學快速發展的前提下發展的新領域，它在信息傳遞方面存在很大優勢已成為目前研究的熱點。但是隨著通信技術的快速發展，也存住諸多問題。
一、量子通信技術發展中存在的弱相干光源安全性問題分析
根據量子通信技術研究表明量子通信是利用了光子等粒子的量子糾纏原理，量子糾纏是指在微觀世界里兩個粒子間的距離不論有多遠，一個粒子的變化會影響另一個粒子變化的一種現象。因此，量子通信技術離不開光源技術。由于單光子源技術難度太高，我國量子通信技術一般采用弱相干光源技術，但是這種光源在實用發展中存在諸多安全性問題。
1、量子通信技術發展中存在的單光子分離攻擊問題。光子是光最小的單位，單光子是不可再分的。但是我國通信技術使用的弱相干光源技術，它的脈沖中不止一種光子，在理論上這種脈沖中所包括的光子是可以再進行分割的。量子通信系統的基本部件由量子態發生器、量子通道和量子測量裝置三部分組成，主要涉及量子密碼通信、量子遠程傳態、量子密碼編碼等，按量子通信所傳輸的信息是經典還是量子分為兩大類，它的基本思想是將原物信息分成經典和量子兩種信息，分別經由經典通道和量子通道傳遞給接受者，在傳遞過程中量子通信的通道損耗非常大。對于單光子源技術來講，即使通道損耗再大也是安全的，因為單光子不可再分割。但對弱相干光源來講就會存在安全隱患，竊聽者可以通過光子分離攻擊假冒量子通信技術的通道而獲得全部密碼，并且不會被量子通信技術發現。
2、量子通信技術發展中存在的木馬攻擊和側信道攻擊問題分析。量子密碼編碼是量子通信技術使用中主要涉及部分之一，木馬攻擊就是利用量子密碼信號源和接收器等部件的設計漏洞進行攻擊，有效竊取量子通信技術里的量子保密系統的內部信息。這種竊取信息的方法主要有側信道攻擊、光能部件高能破壞攻擊和大脈沖攻擊等。[1]
二、量子通信技術發展中存在的通信效率低、通信距離受限制的問題分析
1、通信技術發展中存在的光子源產生單光子效率低問題分析。根據研究表明，單光子源具有非常強的量子力學性能，因其不可再分割的特性使每個單光子脈沖都是最安全的，即使量子通信技術的量子密碼通信的兩種通道損耗率特別大也能完整的完成原物信息傳遞任務。但因為單光子的制備存在諸多困難，目前我國量子通信技術很難利用單光子源技術，只能退而求其次利用弱光脈沖技術，而弱光子脈沖大多數的光子源發出的脈沖是沒有光子的空脈沖，這不但嚴重降低量子通信技術的量子密碼通信通道的傳輸效率還會增大量子密碼通信通道傳遞量子密碼編碼的誤碼率。[2]
2、量子通信技術發展中存在的探測效率低的問題分析。量子通信技術的量子測量一般采用正定測量、通用測量和投影測量三種測量方式進行信息測量，這三種測量信息的基本原理是通過外部設備和北測量子的相互作用達到測量通信信息的目的，在量子通信技術的測量過程中會改變通道里量子的傳輸狀態，由此造成通信信息測量誤差。另一方面在對統一狀態下的通道量子進行測量時，由于量子通信技術采用弱相干光源造成測量的通道量子種類不同，而種類不同又會導致測量量子的不同塌縮，最終造成測量結果出現偏差降低量子探測效率。[3]
3、量子密碼通信系統與全光網光纖信道不能完全相結合的問題分析。量子通信技術的量子密碼通信系統與全光網光纖信道不能完全相結合，會造成量子通信技術的量子通道損耗過高和量子通信通道效率降低，這些會導致遠距離通信受限制。當前我使用的量子通信光纖尚未達到單模光纖的效果，導致光纖通信損耗率太大也會限制遠距離通信。[2]
結束語：隨著我國量子力學的發展，我國量子通信技術已經達到世界頂尖水平。本文從對量子通信技術發展中存在的弱相干光源安全性問題、通信技術發展中存在的光子源產生單光子效率低問題兩方面進行了淺析。雖然量子通信技術在發展中存在諸多問題，但是它相對還是具有傳輸信息容量大、傳遞信息效率高和安全性能高等特點，在軍事安全通信、高度保密的重要信息傳遞和生活通信等方面有很大應用前景。
參 考 文 獻
[1]馬錦城，王茹.量子密碼通信技術與應用前景研究[J].通信世界，2016（273）：298-299.
量子通信范文6
【關鍵詞】光子軌道角動量 量子通訊 應用解析
隨之量子研究的逐步深入，我們對角動量有了更為清晰的認識，一般認為角動量存在軌道角動量和自旋角動量兩種。而前者為光子量子態，在量子信息加載過程中涉及到的物理量有光子相位、偏振等。近年來，軌道角動量的應用得到了非常廣泛的關注。
1 光子軌道角動量
相關研究已經表明，光束本身具備兩種角動量態，其一和光束偏振特點相應的自旋角動量（SAM），其二指的是和光束螺旋形相位結構存在一定關聯的光子軌道角動量（OAM）。相較于自旋角動量，光子軌道角動量具有非常明顯的優勢，其優勢主要體現在以下兩點：其一，光束偏振和光矢量存在一定的聯系，在光束傳輸當中，必須對系統加以高效的檢測，以免因為偏離而造成不必要的麻，但是OAM的應用無需通訊雙方對參考系進行實時轉換和調整；其二，OAM的維特性較強。將OAM運用于量子密鑰分發方案中，可以顯著提升量子密鑰生成率，同時也可以擴大安全傳送距離。類似于其他光子物理量，光子頻率、光子相位、光子偏振態等，光子軌道角動量信息承載是通過信息比特編碼工作實現的。光束自身存在特定的方位角，離散軌道角動量，在表述式中I代表的是方位角相對相應的拓撲何值，通常來說I都是整數。光子軌道角動量態以及極化態之間存在著差異，主要在于一個光子對應無數個OAM。
研究證明，拉蓋爾-高斯（Laguerre-Gaussian beam ， LG）具有光子軌道角動量，在理論實驗過程中，一般會采用LG 光描述OAM。本文的分析當中也使用的是含有軌道角動量的LG光，LG 模數字形式的描述如下：
（1）
在上面公式中，z為光束傳送距離；r表示的是光到傳送線軸的輻射距離；Zr=πw0/ λ 指的是光束自身Rayleigh長度；光束半徑為w（z）= w0，languerre多項式是通過來表示，k =2π/λ指的是常數，C代表的是歸一化常數，公式里下標/指的是方位，徑向模式數由p來表示。
2 量子通信
量子通信指的是通過量子糾纏效應實現信息傳輸的一項全新的通信形式。量子通信是一種全新的交叉學科，近二十年來發展起來，結合了量子論與信息論，屬于一個新的研究領域。以量子力學基本原理基礎，同時也是世界量子物理與信息科學的研究熱點。
3 光子軌道角動量在量子通信中的應用
光子軌道角動量態可以成為量子保密通訊信息的載體，是現今量子通訊領域一個研究熱點。因為現在的量子保密通訊系統通常都是使用的BB84協議和B92協議。以上兩種協議在進行測量基以及發送基比較傳送的過程中，難免都會遭遇信息丟失的情況，所以會使密鑰生成率大大下降。為實現密鑰生成率的提升，我們基于正交態編碼協議進行相應的優化，設計一項通過光子軌道角動量態實現通訊保密的實驗方案。在這一方案中，激光器可以直接生成存在特定軌道角動量光子；使用光束旋轉器測量光子軌道角動量。
圖1表示的是以軌道角動量為基礎的量子保密通訊系統的結構，這一結構的原形為W-Z干涉儀。在結果示意圖中的分束器BS1、BS2相應的分束比均為50…50，LD1、LD2表示的是脈沖激光器，分別可以直接傳送軌道角動量h、2h的光子，經過光混合裝置LM的混合以及衰減裝置A的衰減之后，激光脈沖進入量子通道。光束旋轉裝置相應的旋轉角是由達夫棱鏡DP1、DP2聯合構成的，其旋轉角α=π。而這一干涉儀兩個雙臂上各有一個延時器，延時器的功能是防止竊聽信息者Eve，在此同時對兩臂上的小脈沖進行攔截，這表示的是正交編碼方案最為核心的部分。ts表示的是Alice發出光子的瞬間時刻，tr表示的是Bob收到的光子瞬間時刻，τ表示的延時裝置延長的時間，也是光子穿行在量子通道的時間，使τ>t1。
在圖1中，Alice管理的部分，它隨意發出的h、2h的光子軌道角動量。輸入態|Φin〉BS1=|0〉|〉，經過分束器BS1的作用，其相應的輸出態為：
|Φout〉BS1= （|0〉|〉+i|1〉|〉0）. （2）
以上公式充分顯示了在分束裝置反射端與投射端光子輸出概率為50%，但是光子在反射端輸出的過程中增加了相位躍變，0〉表示的是真空態，1〉表示的單光子態。光子脫離量子通道，達到Bob所在的區域，在達夫棱鏡的作用下，兩臂形成了δ=π或者2π相位差，那么分束裝置BS2相應的輸出態：
|Φin〉BS2= [|0〉|〉+iexp（iδ） |〉|0〉] （3）
由此，分束裝置BS2相應的轉換方式為|0〉|0〉|1〉|1〉+i|1〉|0〉）和|1〉|0〉|1〉|0〉+i|0〉|1〉），在此中直積態中一、二態代表的是光子對探測裝置傳輸的態，則，|Φin〉BS2通過分束裝置BS2之后，轉變為|Φin〉BS2=[1-exp（iδ）]|0〉|1〉+[1+exp（iδ）] |0〉|0〉. （4）
在以上公式中，當δ=π，得出[1-exp（iδ）]|0〉|1〉+[1+exp（iδ）] |1〉|0〉|0〉|1〉，這充分說明當光子軌道角動量=h，探測器D2會一定的響應。當δ=2π，得出[exp（iδ）+1]|1〉|0〉+[exp（iδ）-1] |0〉|1〉|1〉|0〉，由此可知當光子軌道角動量為2h時，探測器D1會響應，但是探測器D2不會予以響應。
4 結束語
綜上，我們認識到含有角動量光束操控和測量技術相關的研究工作具有很大的現實意義，而且其應用前景逐漸在擴大。在軌道角動量為基礎的量子通訊運用需要有效改善，安全性、信息傳送速率以及容量需要進一步的提升，實現噪聲和消耗的降低，設計研發實用性更強的編碼方案，由此保障自由空間通訊的長效、穩定。
參考文獻
[1]郭建軍，郭邦紅，程廣明，謝良文，廖?？?，劉頌豪.光子軌道角動量在量子通信中應用的研究進展[J].激光與光電子學進展，2012（08）：17-24.
[2]董小亮，曹非，丁建，趙生妹，鄭寶玉.基于光子軌道角動量的量子圖像傳輸研究[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2012（05）：85-89.
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