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量子通讯是哪些?量子估算究竟好在那里?

更新时间:2023-10-13 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

日前媒体报导表示,此前将举行的2020天翼智能生态博览会上,中国联通在展示台上放出了两台样本机,分别是由华为和中兴的手机改建来的,而与原版手机最大的区别就是中国联通以及国盾量子作为了这两台手机的锁屏辨识,所以说的那么晦涩,他跟俺们现今使用的量子通信智能手机究竟有哪些不一样?L8j物理好资源网(原物理ok网)

其实到现今为止,好多人都不是很清楚量子通讯、量子估算究竟好在那里?甚至对于哪些是量子也是迷迷糊糊的搞不清楚。见有解释称,量子通讯和估算的优点有好多,可以简单的理解为量子通讯在于安全,量子估算在于快速,而量子通话手机自然也是“安全”量子通讯的原理,这样解释倒也可以,不过,终究由于距离太远,量子还是有点“玄乎”。L8j物理好资源网(原物理ok网)

一、什么是量子通信L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子通信()是指借助量子力学原理对量子态进行操控的一种通讯方式,可以有效解决信息安全问题。量子通讯是量子信息学的一个重要分支,它借助量子力学原理对量子态进行操控,在两个地点之间进行信息交互,可以完成精典通讯所不能完成的任务。量子通讯是迄今惟一被严格证明无条件安全的通讯方法,可以有效解决信息安全问题。L8j物理好资源网(原物理ok网)

二、量子通信原理L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯的原理只要有量子纠缠、量子不可克隆定律、秘钥分配和隐型传态四个部份。与传统的密码学不同,量子秘钥分配是密码学与量子热学相结合的产物,它以量子态为信息载体,借助量子力学的一些基本数学原理来传输和保护信息。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(1)量子纠缠L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子纠缠描述复合系统(具有两个以上的成员系统)之一类特殊的量子态,此量子态难以分解为成员系统各自量子态之张量积。量子纠缠技术起到安全的传输信息的目的。借助固定的两个量子态纠缠的粒子,携带信息传递到另一个地区,依据纠缠原理,必须是和它纠缠的粒子才可与其再度产生纠缠态。这样便可以起到挺好的加密作用:即A和B两个纠缠的粒子抒发一定的信息,以A为秘钥,把B传送到另一地点,这么倘若破译信息,则必须用A粒子再度和B产生纠缠态方可破译。这样大大保证了信息传递的安全,且破译具有惟一性。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(2)量子不可克隆定律L8j物理好资源网(原物理ok网)

其具体内容可从以下三方面叙述:L8j物理好资源网(原物理ok网)

①不存在任何化学过程,能作出两个不同的非正交态的完全拷贝。L8j物理好资源网(原物理ok网)

②量子系统的任意未知量子态不能被完全拷贝。L8j物理好资源网(原物理ok网)

③要从编码在非正交量子态中获得信息,这种态不遭破坏是不可能的。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(3)量子秘钥分配L8j物理好资源网(原物理ok网)

秘密通讯依赖于秘钥,假如发送者Alice和接收者Bob通讯双方拥有她们自己才晓得的私人秘钥,就可以进行秘密通讯。Alice可以把秘钥的对应位加上她的消息编码的每一位,发送给Bob,Bob收到这个随机位串后,借助秘钥就可提取出Alice发来的消息。监听者虽然查获传输中的讯号,也不可能获得任何消息,由于单独传输中的位串本身并不携带消息,消息是编码在传输串和秘钥相关中的。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(4)量子隐型传态L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子隐型传态又称量子遥传、量子隐型传输、量子隐型传送、量子远距传输或量子远传,是一种借助分散量子缠结与一些化学讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术,是一种全新的通讯方法。它传输的不再是精典信息而是量子态携带的量子信息。L8j物理好资源网(原物理ok网)

三、量子通信工作方案L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯有两种方案。L8j物理好资源网(原物理ok网)

一种是直接通讯方案,常见的如“乒乓合同“等,是采用量子通讯手段直接传送信息。这些方案也叫量子隐型传态,是将甲地的某一粒子的未知量子态,顿时转移给乙地的另一个粒子。但量子隐型传态目前处于实验室阶段,在实际的量子通讯中尚未有成功实现的报导。L8j物理好资源网(原物理ok网)

另一种应用最广、发展势头正猛的是间接通讯方案,亦称为量子秘钥分发方案。它有两个信道:一个是精典信道,使用普通的有线或无线方式发送密文;另一个是量子信道,专门用于形成秘钥。每发送一次信息,通讯双方都要重新生成新的秘钥,即每次加密的秘钥都不一样,实现了报文发送的“一次一密”,但是在秘钥发送的过程中还可以检查有无侦听者,所以它可以在原理上实现绝对安全可靠的通讯。目前所谓的量子通讯通常采用的是通过量子信道分发秘钥的方案。L8j物理好资源网(原物理ok网)

四、量子通信发展现况L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯技术自从1992年第一个量子秘钥分发实验成功以来,在国外外都得到了迅猛发展。L8j物理好资源网(原物理ok网)

美国发展L8j物理好资源网(原物理ok网)

为了解美国的发展历程,下边列举美国的几个量子通讯实验:L8j物理好资源网(原物理ok网)

(1)1993年,美国国防部研究局实现了在光纤中借助BB84合同进行了10km距离上的量子秘钥分发。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(2)2000年,印度阿拉莫斯国家实验室实现了1.6km自由空间的量子秘钥分发。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(3)2002年,法国日内瓦学院的Gisin小组在67km的光纤上演示了量子秘钥分发。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(4)2004年,韩国NEC公司在光纤上量子秘钥分发距离达到了150km。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(5)2006年,西班牙、奥地利、意大利、英国的4所学院在两个海岛之间进行了夜间144km的自由空间量子秘钥分发实验。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(6)2008年,欧共体在维也纳开通了有8个用户的量子网路。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(7)2008年,美国和法国的科学家首次辨识出从高的卫星上反射回月球的单批光子,因而为星地量子通讯打下了基础。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(8)欧共体计划于2017年发射量子通讯卫星,实现星地量子通讯。L8j物理好资源网(原物理ok网)

国外发展L8j物理好资源网(原物理ok网)

在国外,量子通讯以中国科技学院的潘建伟和郭光灿两个研究小组为主,她们的研究成果时常发表于《》等重要国际期刊。可以说,中国的量子通讯水平已居世界前列。以下是中国学者在量子通讯领域的主要发展历程:L8j物理好资源网(原物理ok网)

(1)1995年,中国科大学化学所首次用BB84合同完成了演示实验。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(2)2003年,中国科技学院在校园内铺装了3.2km的量子通讯系统。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(3)2005年,郭光灿小组在上海和北京之间完成了125km的光纤量子通讯实验。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(4)2012年,潘建伟团队建设成功“合肥城域量子通讯实验示范网”。该网路有46个节点,联接40组“量子电话”用户和16组“量子视频”用户。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(5)2012年,中国学者在湖南湖完成了百公里量级纠缠光子对的量子秘钥分发实验。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(6)2013年,中国科大学联合相关部门启动了上千公里的光纤量子通讯骨干网工程“京沪干线”项目。这一项目于2017年9月29日即将开通。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(7)2016年,中国吐鲁番卫星发射中心发射了全球首颗量子通讯实验卫星,目标是实现广州和南宁之间的量子保密通讯,但是在伊宁和拉萨之间实现了距离的大尺度量子非定域性检验,还在卫星和阿里之间实现了星地量子隐型传态。该卫星质量约640kg,运行在高度为500km的轨道上。卫星上有4个荷载:量子秘钥通讯机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验与控制处理机,可与地面上相距千公里量级的两处光学站同时完善量子光路链接。L8j物理好资源网(原物理ok网)

五、量子通信发展方向L8j物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯技术发展成熟后,将广泛地应用于军事保密通讯及政府机关、军工企业、金融、科研院所和其他须要高保密通讯的场合。量子通讯未来有以下几个发展方向:L8j物理好资源网(原物理ok网)

(1)采用量子中继技术,扩大通讯距离。因为单光子在传输过程中耗损很大,对于远距离传输,必须采用中继技术。但是量子态的非克隆原理给量子中继出了很大困局,由于量子态不可复制,所以量子中继不能像普通的讯号中继一样,把弱讯号接收放大后再转发出去。量子中继只能是在光子抵达最远传输距离之前接收其讯号,先储存上去,再读出这个讯号,最后以单光子方式发送出去。量子中继有好多方案,包括光量子方案、固态原子方案等。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(2)采用星地通讯方法,实现远程传输。采用卫星通讯后,两地之间的量子通讯愈加便捷快捷。在真空环境中,光子基本无耗损,耗损主要发生在距地面较低的大气中。L8j物理好资源网(原物理ok网)

(3)构建量子通讯网路,实现多地相互通信。量子通讯要想实用化,必须覆盖多地产生网路。国外外都建成了多个实用的量子通讯网路,下一步的发展是扩大节点数量子通讯的原理,扩充通讯距离,产生大覆盖面积的广域网。L8j物理好资源网(原物理ok网)

有关量子通讯、量子加密等和量子相关的信息,你们已然据说过好多了,尽管科研人员还在探求的道理上加速前进,并且对于大众来说,量子还是和人们的距离有点远:生活中既见不到,工作上也用不着。虽然你们也毋须着急,量子通讯是真的越来越近了,但是此次是可以拿在手中的“量子通话手机”,更为可喜的是,此次是我们自己的专利,所以说,“量子”是真的,既要好好发展,也要好好支持,加油,我们的科技人员。L8j物理好资源网(原物理ok网)

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