什么是量子通信量子通信的用途
什么是量子通信量子通信的用途
量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。那么你對(duì)量子通信了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是量子通信的內(nèi)容，希望大家喜歡!
量子通信的簡(jiǎn)介
所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。
光量子通信主要基于量子糾纏態(tài)的理論，使用量子隱形傳態(tài)(傳輸)的方式實(shí)現(xiàn)信息傳遞。根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子無論相距多遠(yuǎn)，只要一個(gè)發(fā)生變化，另外一個(gè)也會(huì)瞬間發(fā)生變化，利用這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)光量子通信的過程如下：事先構(gòu)建一對(duì)具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個(gè)粒子分別放在通信雙方，將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量(一種操作)，則接收方的粒子瞬間發(fā)生坍塌(變化)，坍塌(變化)為某種狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌(變化)后的狀態(tài)是對(duì)稱的，然后將聯(lián)合測(cè)量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方，接收放根據(jù)接收到的信息對(duì)坍塌的粒子進(jìn)行幺正變換(相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換)，即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。
經(jīng)典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無法與之相提并論。安全性-量子通信絕不會(huì)“泄密”，其一體現(xiàn)在量子加密的密鑰是隨機(jī)的，即使被竊取者截獲，也無法得到正確的密鑰，因此無法破解信息;其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態(tài)的2個(gè)粒子，其中一個(gè)粒子的量子態(tài)發(fā)生變化，另外一方的量子態(tài)就會(huì)隨之立刻變化，并且根據(jù)量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會(huì)立刻改變量子態(tài)，引起其坍塌，因此竊取者由于干擾而得到的信息已經(jīng)破壞，并非原有信息。高效，被傳輸?shù)奈粗孔討B(tài)在被測(cè)量之前會(huì)處于糾纏態(tài)，即同時(shí)代表多個(gè)狀態(tài)，例如一個(gè)量子態(tài)可以同時(shí)表示0和1兩個(gè)數(shù)字， 7個(gè)這樣的量子態(tài)就可以同時(shí)表示128個(gè)狀態(tài)或128個(gè)數(shù)字：0~127。光量子通信的這樣一次傳輸，就相當(dāng)于經(jīng)典通信方式的128次?？梢韵胂笕绻麄鬏攷捠?4位或者更高，那么效率之差將是驚人的2，以及更高。
這里進(jìn)一步解釋一下量子糾纏。量子糾纏可以用“薛定諤貓”來幫助理解：當(dāng)把一只貓放到一個(gè)放有毒物的盒子中，然后將盒子蓋上，過了一會(huì)問這個(gè)貓現(xiàn)在是死了，還是活著呢?量子物理學(xué)的答案是：它既是死的也是活的。有人會(huì)說，打開盒子看一下不就知道了，是的，打開盒子貓是死是活確實(shí)就會(huì)知道，但是按量子物理的解釋：這種死或者活著的狀態(tài)是人為觀察的結(jié)果，也就是人的宏觀干擾使得貓變成了死的或者活的了，并不是盒子蓋著時(shí)的真實(shí)狀態(tài)，同樣，微觀粒子在不被“干擾”之前就一直處于“死”和“活”兩種狀態(tài)的疊加，也可以說是它既是“0”也是“1”。
量子通信具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，是此刻國際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。追溯量子通信的起源，還得從愛因斯坦的“幽靈”——量子糾纏的實(shí)證說起。
量子通信的應(yīng)用與用途
量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對(duì)安全特性，不但在國家安全、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和前景，而且逐漸走進(jìn)人們的日常生活。
為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實(shí),從上世紀(jì)90年代開始,國內(nèi)外科學(xué)家做了大量的研究工作。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學(xué)基金會(huì)和國防高級(jí)研究計(jì)劃局都對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力于量子通信的研究，研究項(xiàng)目多達(dá)12個(gè)，日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。我國從上世紀(jì)80年代開始從事量子光學(xué)領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績(jī)。
2003年,韓國、中國、加拿大等國學(xué)者提出了誘騙態(tài)量子密碼理論方案,徹底解決了真實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下量子通信的安全速率隨距離增加而嚴(yán)重下降的問題。
2006年夏,我國中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室、歐洲慕尼黑大學(xué)—維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，由此打開了量子通信走向應(yīng)用的大門。
2008年底，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)成功研制了基于誘騙態(tài)的光纖量子通信原型系統(tǒng)，在合肥成功組建了世界上首個(gè)3節(jié)點(diǎn)鏈狀光量子電話網(wǎng)，成為國際上報(bào)道的絕對(duì)安全的實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之一(另一小組為歐洲聯(lián)合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì))。
2009年9月，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)正是在3節(jié)點(diǎn)鏈狀光量子電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建成了世界上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語音量子保密通信。這一成果在同類產(chǎn)品中位居國際先進(jìn)水平，標(biāo)志著中國在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求。
全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)5節(jié)點(diǎn)的星型量子通信網(wǎng)絡(luò)，克服了量子信號(hào)在商用光纖上傳輸?shù)牟环€(wěn)定性是量子保密通信技術(shù)實(shí)用化的主要技術(shù)障礙，首次實(shí)現(xiàn)了兩兩用戶間同時(shí)進(jìn)行通信，互不影響。該網(wǎng)絡(luò)用戶間的距離可達(dá)20公里，可以覆蓋一個(gè)中型城市;容納了互聯(lián)互通和可信中繼兩種重要的量子通信組網(wǎng)方式，并實(shí)現(xiàn)了上級(jí)用戶對(duì)下級(jí)用戶的通信授權(quán)管理。
該成果首次全面展示和檢驗(yàn)了量子通信系統(tǒng)組網(wǎng)和擴(kuò)展的能力，標(biāo)志著大規(guī)?？蓴U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)量子通信技術(shù)的成熟，將量子通信實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程又向前推進(jìn)了一大步。據(jù)稱，潘建偉團(tuán)隊(duì)將與中國電子科技集團(tuán)公司第38研究所等機(jī)構(gòu)合作，在合肥市及周邊地區(qū)啟動(dòng)建設(shè)一個(gè)40節(jié)點(diǎn)量子通信網(wǎng)絡(luò)示范工程，為量子通信的大規(guī)模應(yīng)用積累工程經(jīng)驗(yàn)。
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