量子通信精选(九篇)

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第1篇：量子通信范文

量子是现代物理的重要概念，与经典物理有根本的区别，提供了全新的原理和思考方式。量子具有不确定性和不可测量性，量子的世界不遵循经典物理学定律，因此人们对量子世界的探索存在很多困y。通过科学家的不断探索，在量子信息研究领域有了许多的突破，其中产生了量子通信这一新兴技术。目前量子通信主要有两种应用，一种是较为成熟的量子密码通信，一种是量子隐形传送。2012年度诺贝尔物理学奖，法国科学家塞尔日・阿罗什与美国科学家大卫・维因兰德实现了对单个原子的测量和控制，阿罗什的工作是打造出一个微波腔，借助单个原子在微波腔中会辐射或吸收单个光子的特性，实现了操纵单个光子。而维因兰德则制造出了一个离子阱，先用光来俘获离子，然后用激光冷却离子，进而对离子进行测量和控制。量子计算和精密测量有了变成现实的可能性。

二、量子纠缠

Hilbert空间是欧几里德空间的一个推广，不再局限于有限维，是一个完备的空间，其上所有的柯西序列等价于收敛序列，从而微积分中的大部分概念都可以无障碍地推广到Hilbert空间中。能用Hilbert空间中的一个矢量表示的量子系统称为纯态，反之，如果不是处于确定的态而是以某一种几率分布的，称之为混合态。通常量子比特表示为：|Ψ〉=α|0〉+β|1〉，|α|2+|β|2=1（叠加态形式）。两个纯态|Ψ1〉和|Ψ2〉的线性叠加所描述的量子态|Ψ〉=c1|Ψ1〉+c2|Ψ2〉对应Hilbert空间的一个矢量，也是一个纯态。经过测量的量子态会坍缩到|0〉或|1〉，这个过程是不可逆的。这是二维Hilbert空间中量子态的描述，类似于三维球面上的一个点。在具有n个量子态的系统中，状态空间由2n个基向量组成。在未对系统进行操作之前，量子态可能为2n中的一个，与经典存储系统相比，量子系统能在某一时刻保持2n个状态，因此量子系统具有更大的计算潜力。爱因斯坦不愿承认并称之为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”的量子纠缠，指两个相互独立的粒子可以相互影响，对其中一个粒子进行观测可以即时地影响到其它粒子，无论它们之间的距离有多远。量子纠缠描述了量子子系统相互影响的现象，对一个子系统的测量瞬间影响了其他子系统的状态。一个由|ΨA〉和|ΨB〉两个子系统组成的复合系统|Ψ〉，如果可以表示为|ΨA〉×|ΨB〉，则|Ψ〉处于直积态，否则处于纠缠态。常见的纠缠态有：两个粒子构成的bell基，三个粒子构成的GHZ态等。二粒子纯态纠缠的研究最为完善，bell态是量子通信中最基本的纠缠资源。处于bell态的两个纠缠粒子称为EPR对。四维Hilbert空间中的正交完备基称为bell基。在量子通信中，最常用的测量方法是bell基测量。

三、量子纠缠的应用

目前量子通信的两种主要方式：量子密码通信和隐形传送。量子密码或量子密钥分配是利用了观测一般会干扰被观测系统的量子力学原理来实现的。量子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和破解，进而实现根本上、永久性解决信息安全问题的目标。量子隐形传态需建立在经典物理信道的基础上才能实现。在研究量子领域早期，人们最感兴趣的一个问题是能否利用量子纠缠实现超光速通信，这个问题的答案是否定的，原因在于量子的不可克隆性，仅依靠量子纠缠系统无法传递具体信息，要将原量子态的全部信息提取出来，需分别根据其经典信息和量子信息来构造，因此无法实现瞬间传输。量子隐形传态利用量子纠缠态作为通道， 利用量子作为载体， 把信息从一个地方传递到另一个地方。量子隐形传态的任务可以简单地描述为：假设存在一对共享的量子比特为 A、B，利用A、B来传送量子态C。将A、B分别置于系统的两端，现将量子比特A和C作幺正变换，测量后得到两个经典量子比特的信息，在这个过程中两个量子比特被破坏。量子比特B现在包含了关于C的信息，但观测者仍无法得到C的任何信息，量子比特B处于四个任意的量子态之一。现在需通过经典通信通道将A的测量结果发送到B端，根据A的测量结果，对B作相应的幺正变换， 此时量子比特B的状态变为C，实现了量子态的传送。

四、量子通信技术的发展现状

理想量子通信与传统通信相比，有着安全、无障碍通信等优势，但目前仍难以实现，量子测量、量子态的控制仍在不断完善，基于纠缠的量子隐形传态方式仍处在实验室阶段。2012年6月，潘建伟团队在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定了技术基础。2016年8月16日，中国国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，标志着中国在量子通信领域又迈出重要一步。“墨子号”的主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。并在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。量子技术的迅速发展，预示着量子科技的无线前景，将给人类生活和生产带来革命性的成果，对国防、对经济有着重要影响。因此，我们应加快量子通信技术实用化进程，在国际技术竞争中占据有利地位。

参 考 文 献

[1] 《量子安全通信与量子信道理论有关问题的研究》王敏杰

[2] 《量子纠缠技术与量子通信》1007-9416（2012）10-0060-01舒娜 石际

第2篇：量子通信范文

 

引言：

 

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。这一新型通信技术是伴随着通信技术的不断发展和物理学领域的不断研究而发展起来的，是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。近年来这门学科已逐步从理论走向实验，以其特有的高效性和安全性等特点而被军事等领域广泛研究应用，并向实用化发展。同时，随着社会科技和经济的不断发展，普通民众对信息传输的要求也日益提高，对信息传输的稳定性、安全性要求也不断提高，因此也急需这一技术来作为对现有通信手段的补充和优化，以不断提高信息传输的质量。这种无论是来自军事等特殊领域还是来自普通民众等普通领域对信息传输的高要求都促使着量子通信技术不断研究与发展，以满足人们不断严苛的通信需求。

 

一、量子通信的发展概述

 

量子通信技术是在量子力学的基础上发展起来的。量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰?贝尔于1964年提出贝尔理论，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。在这一基础上，美国科学家贝内特于1993年首次提出了量子通信的概念。这一概念的提出，使爱因斯坦的量子纠缠效益开始真正发挥其威力。

 

自量子通信概念提出以后，6位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案，这是量子通信最初的基本方案。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。

 

1997年在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。此后经过二十多年的发展，量子通信这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，主要涉及的领域包括：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。

 

二、量子通信技术简介

 

量子通信即指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子是不可分的最小能量单位，“光量子”即为光的最小能量单位。量子通信的理论基础是量子纠缠。在量子世界中，存在着一种“纠缠”效应，所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。这种“纠缠”效应能够在两个完全相同的某量子态粒子之间建立某种联系，当其中一个的状态发生变化时，另一个也会发生相同的变化，而且这种变化与时间和空间无关。另外由于对粒子的任何测量都会导致其量子态的变化，所以同时这种变化时不可能被第三者所知获的。利用量子的纠缠效应，我们可以进行绝密和瞬时的通信。因此具有极大的研究价值。

 

量子密码通信原理是基于“海森堡测不准”原理的发展的。在量子物理学中“海森堡测不准”原理表明，如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化，那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子，照亮粒子的光的行为都会使之改变路线，从而无法发现该粒子的实际位置。因此对传输光子线路的窃听会破坏原通讯路线之间的相互联系，通讯会被终端。另外还有“单量子不可复制”定理，这是上述原理的推论，是指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子必须先做测量，而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理，即使量子密码不幸被获取，也会因测量过程中对量子状态的改变而得到一些几乎无意义的信息。

 

量子远程传态是经由经典通道和量子通道传送未知量子态。通俗来讲就是将甲地的某一粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上还原出来。因量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理，限制人们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来，因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分，它们分别由经典通道和量子通道送到乙地，根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。但这一过程并不传输任何的能量或物质，只是传输一种量子态。

 

量子密集编码是用量子通道传送经典比特，即使用量子纠缠现象可以实现只传送一个量子比特，而传送两个比特的经典信息。具体方法是信息的传送者(Alice)和接受者(Bob)各拥有处于最大纠缠态中的一个粒子，Alice可以对她手中的粒子施加四种可能的幺正变换以编码两个比特的经典信息，由于两个粒子处于纠缠态，对一个粒子的任何操作都会对另一个粒子产生影响，引起另一个粒子的态发生相应的变化。Alice对它的纠缠粒子施加幺正变换后，两系统处于四个Bell基态之一，为了使Bob能读出Alice编码的信息，Alice必须再把她的粒子传送给Bob，Bob再对两个粒子实施联合Bell 基测量，测量结果可使Bob提出2比特的经典信息，在这过程中，Alice仅传送给Bob一个粒子，但却能成功的传送2比特的经典信息，这就是所谓的“密集编码”。

 

三、量子通信技术的发展前景

 

量子通信技术依托于发达的现代信息技术和先进的量子技术而发展起来的，以其独特的优势而被广泛关注。与传统通信技术相比较，量子通信具有抗干扰力强、保密性高、传输速度快等优点。因此，它的发展应用前景很广阔。一方面，在国家政府和军事领域，由于其保密性极高，几乎不可能被敌方破译，且这种量子通信技术能够抵御未来量子计算机技术带来的威胁，因此会被不断研究和应用。另一方面，在民用通信技术领域，早在2009年9月，中国科技大学组建了世界上首个5节点的全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。“城域量子通信网络”使得城市范围的安全量子通信网络成为现实。因此，量子通信在未来的民用领域也将被广泛研究应用。

 

结语

 

量子通信是通信技术的又一次划时代革命，与目前采用的传统通信技术相比，量子通信在保密性、通信容量、通信时效等方面都具有十分明显的优势，是未来通信发展的主要方向。虽然量子通信有着广阔的应用前景，但在单元技术和理论方面还有许多需要解决的问题。在信息产业作为国民经济重要组成部分的今天，需要在量子通信这一领域继续加大投入和研究力度，为进入量子通信时代打下坚实的基础，不断服务于现代人类的发展需求。

第3篇：量子通信范文

关键词：量子保密；通信技术；应用；未来发展

引言

随着信息化时代的到来，人们无时无刻都在接发文字信息、视频信息、电子信息等，给人们的生活、工作、学习和社会各个领域带来了新的改变。为了保障信息通信的安全，防止信息传递过程中存在的泄露风险，采取量子保密通信技术，有效避免信息被攻击破译，保障了信息传递的绝对安全[1]。量子保密通信改变了传统加密通信的局限性和不安全性，解决了存在的安全隐患问题，根据量子力学原理与科学信息技术的有效结合，采用高精度量子测量技术和高精准量子计算技术进行计算、编码和信息传输，发挥了高效安全的通信性能。量子计算利用量子力学规律来调控量子信息单元进行计算，能够进行大规模、多线程地数据处理，具有超强的计算能力和精密的逻辑性[2]。在依靠量子比特工作中，由于量子位存在的并行性、纠缠性和叠加性，量子算法在进行问题处理时就能够做出传统计算无法比拟的超强处理能力，实现超高精度、超高速度的工作效率[3]。随着国内外量子信息技术科技的发展，针对现有公钥体系在单向计算时存在的易被攻击威胁，造成信息发生泄漏的严重后果，开展量子密钥分发技术的保密通信的创新研发，满足了当前信息化社会和数字化经济时代的需求。通过量子保密通信技术的研究与应用，推动了量子保密通信标准化工作的进行和未来的无限发展。

1量子保密通信技术应用

1.1量子密钥分发技术应用

量子密钥分发是根据量子测不准原理、量子不可分割和量子态不可复制的特性来实现，量子生成的通信密码校验绝对的安全性，不会被任何方式破解。通信双方建立量子密码分享协议，发送方和接受方以单光子的状态作为信息载体来建立密钥，保证密钥分发的安全性，密钥分发采取一次一密的加密体制建立安全通信密码。密钥分发完成后需要进行信息协同和隐私保密增强，纠正密钥中存在的错误，使密钥保持一致性，进一步增强信息隐私的保密安全。根据协议随机选择调制每一个光子的基矢，随机的基矢可以对接收端进行监测，在偏振编码过程中采用单光子的水平偏振态（0°）、垂直偏振态（90°）、偏振态（+45°）和偏振态（-45°）的4个量子态，来进行不同自由度的编码，可以选择垂直方向，也可以沿水平方向或其它角度作为量子信息的载体。发送方随机使用2组基矢，按照事先约定的单光子水平偏振态通过量子信道发送给协议用户，当用户接收到光子后也随机地使用2组基矢进行偏振态的测量，如果制备基矢和检测基矢兼容，则表示收发随机数完全一致，如果存在不同，发送方和用户在从新进行比对制备基和测量基基矢，直到收发双方拥有完全一致的随机数序列密钥。密钥分发、生成后不会被破译或计算破解，即使在密钥生成过程中被窃听也会被通信方发现，仍然不会泄密，保证了绝对的安全性[4]。

1.2量子保密通信与后量子安全加密应用

近年来，我国在量子信息技术领域发展迅速，在量子保密通信的研发中获得突破性进展，利用量子保密通信技术克服了传统通信技术存在的安全隐患问题，保证了通信的安全性和可靠性[5]。量子保密通信具备巨大的信息存储与携带性能，量子计算机可以面对各种复杂难度的计算，并能进行高时速、高精准的并行计算处理能力。量子保密通信是在原有的公钥体系进行创新改进，采取量子密钥分发和加密的量子保密通信方案，以应对原有量子计算体系内存在的安全威胁，并对现有加密体制进行升级，应用计算破解能力的后量子加密技术提高了被破解能力，避免信息泄露。量子保密通信与后量子加密的应用，为未来量子安全信息加密技术的创新发展具有重要的意义[6]。

1.2.1量子保密通信方案量子保密通信利用量子态的叠加性和量子不可克隆原理，采取密钥分发的密码技术，对传输的信息进行一次一密的加密方法，完善了加密体制，实现了信息传输的安全性。

1.2.2后量子加密后量子加密技术是一种新的加密方法，通过运用许多先进的技术对现有的加密体制算法进行升级改进，例如网格编码算法和椭圆曲线算法等，增加了防御能力，可以完全抵抗黑客的计算破解，后量子新型信息加密技术能够与现有的信息安全系统实现兼容和平滑升级演进。

1.3量子保密通信应用

量子保密通信为未来信息安全提供了保障，是信息领域的重要技术手段，在量子保密通信中量子密钥分发作为关键技术，与典型网络组织和现有通信系统结构相融合，建立了网络管控、安全服务、密钥生成层、密钥分发层、密钥应用层等组织结构，实现了通信网络的可用性和安全可靠性，并应具备灵活高效、可扩展的未来发展的建设需求。系统分为发送装置和接受装置，利用公共信道对密钥分发协议合法的通信双方发送共享的随机密钥。其中，密钥生成层将生成制备的量子密钥提供給上层，在密钥中继、密钥转发、密钥存储、密钥输出过程中，密钥应用层为量子密钥的保密通信服务提供服务，网络管控平台负责网络运营管理，安全服务平台则负责密码服务和安全管理。量子密钥分发是以量子物理与信息学为基础，利用量子态纠缠重叠的力学特性，在通讯双方之间产生并分享一个随机的安全的密钥，运用一次一密的加密方法，通过量子信道完成信息的安全传送。由于传统量子信道在传送数据进行量子密钥服务的加密业务时，量子信道存在传输损耗，量子密钥分发距离会被限制距离，需设置中继节点来完成长距离的接力传送，导致安全防护存在困难，存在安全隐患。因此在现有较大规模的量子保密通信网络中，都采用可信中继技术是异或后的中继技术，量子密钥只会在节点处暂存经过异或后，不会对中继节点造成影响，具有信息传输的安全性和高效率。

2量子保密通信目前发展状况

随着量子保密通信的发展，世界各国试用点呈现逐步成熟趋势，但在应用推广方面暴露出一些问题。主要包括三个方面：（1）应用场景受到限制当前，量子保密通信主要面向金融、政府等长期安全性较高的特定场景之中，市场规模较为分散，传统通信业界对于量子保密通信应用目前仍然处于热情度较低的状态。此外，由于量子态信号与传统信号混合传输时，将引入劣化性能，导致量子保密通信组网需要借助额外独立光纤链路才能获取所需资源。（2）技术瓶颈待解决在百公里长距离传输情况下，量子保密通信可用安全码率大约为15kbit/s量级，相比于当前光传达网技术实现的量级信息传输差距较大，无法实现对信号的一一加密。此外，在量子保密通信组网方面，由于量子态存储技术尚不成熟，因此，有关量子存储方面难以实现，其中涉及的关键技术仍需进一步验证分析。（3）安全性存在一定风险在实际通信过程中，信道节点不理想特性使其难以满足安全性标准，成为不法分子利用的安全漏洞，所以针对通信安全性升级将是运营维护所面临的一个难题，现阶段，由于通信密钥生成码率也相对较低，很难满足一次一密要求。现阶段，我国量子保密通信技术在业务、市场、商用的应用都处于推广初期阶段，在量子密钥分发技术组网理念和技术研究中，仍然面临一些问题有待研究和探讨。

3量子保密通信标准化工作策略与未来发展

3.1量子保密通信标准化工作策略

在未来量子保密通信技术研发中，应保证量子保密通信设备系统的功能与性能的一致性和可靠性，增加设备系统和网络层面的兼容性、灵活性和安全性，在设备和系统技术、安全性能、组网以及加密等各个方面，逐步完善应用体制，在未来发展中形成完整的标准规范体系。首先，在国家政策支持的基础上，应加强量子密钥分发技术前沿技术领域的研究工作，创新开发新型协议技术、系统器件和架构方案，加快提升量子密钥分发技术和系统设备成熟度、实用化水平和性价比，不断提高量子密钥分发和后量子加密的技术水平，完善加密体制。然后，应加强量子保密通信的商业化应用和市场开拓规划的工作策略和未来发展方向，积极推进产业合作，开展多样化的商业部署模式，制定标准化工作策略，为应用发展做好引导和培育市场需求。最后，应加快我国量子保密通信网络项目工程的建设，升级设备完善标准，提高量子密钥分发系统的网管和运维能力，使量子保密通信系统和网络在完善的密钥管理设备与加密通信设备进行安全可靠的通信，以商业化应用推广和市场化发展为未来建设目标，增加网络建设的实际可用性和安全性等标准的建设规模。目前，我国量子保密通信技术已经实现了实用化、产业化的发展水平，在国家政策的大力支持下在社会各领域得到了广泛的应用。随着国家实施创新驱动发展战略规划，量子信息技术作为我国科技创新的重要发展技术，应加快发展量子信息产业，推动量子技术与社会经济领域的深度融合，增加产业经济的发展，为国家安全、国防军事提供强大的技术支持，新兴的量子信息产业推动了我国战略性发展方向。

3.2未来发展前景

量子保密通信技术在未来发展进程中，量子保密通信网络建设和产业发展是未来量子技术发展的关键，需要加强技术成熟度、设备可靠性和投入产出性价比等各方面的研究，开展标准化工作策略以促进技术和产业的快速发展。近年来，随着量子保密通信技术的不断创新，世界各国在量子保密通信技术与产业的市场竞争日趋激烈，我国虽然处于世界领先地位，应需加强对量子技术研究机构、系统设备厂商和建设运营单位进行大力扶持，在政策支持优势下强化关键技术创新和可持续发展能力，以增强科技实力，提高市场竞争能力。积极推广大规模产业链发展，标准规范产业发展方向，促进量子保密通信商业化推广、产业链壮大和产业化得到健康发展。

3.2.1分发系统性能指标和实用化水平有提升空间量子密钥分发系统在现有光纤网络之中单跨传输距离在百公里以内，密钥成码率有待进一步提高。同时，量子密钥系统工程化也具有一定提升空间。此外，量子保密通信系统仍需要密钥管理，将其与信息通信行业紧密融合，加密通信设备。

3.2.2抗量子计算破解的安全加密面向未来量子计算对于现有加密体系存在的破解威胁，需设计抗量子计算破解安全加密方案，快速提升量子密钥分发技术和实用化水平，这是赢得加密技术体制的关键。

3.2.3量子保密通信商业化开拓仍需进一步探索量子保密通信是对现有通信技术的一种有效安全性提升技术，能够解决密钥分发安全性问题，提升通信安全性等级，具有长期性和高安全性。尤其在金融专网方面，其产业规模相对有限，因此，在后续研究进程中，逐渐完善量子通信保密技术，将其推广到投入产出性行业之中，从设备升级、标准完善、市场探索等方面进行逐一推广与应用。因此，在今后发展过程中，应凝聚各方形成合力，提升工程化实用水平，引导应用产业健康发展，重视标准化测试，引导产业健康发展。

第4篇：量子通信范文

关键词：量子密码　量子通信

中图分类号：TN91　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)002-059-01

量子理论诞生以来，科学家就试图利用量子效应来实现远距离、无时延、“绝对安全”的通信，量子通信将成为人类通信技术史上的又一次革命。

1　量子通信技术简介

1.1　基本量子理论

量子态是指原子、中子、质子等粒子的状态，它可表征粒子的能量、旋转、运动、磁场以及其他的物理特性。量子理论主要包括量子纠缠和量子测不准原理，是现代物理学的核心理论。

量子纠缠指的是在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化，另一个粒子的状态也会立刻发生相同的变化，这也是利用量子效应传递密码的基础。

Heisenberg量子测不准原理是量子力学的基本原理，指在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，只能精确测定两者之一。

1.2　量子通信的原理

量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式。在量子通信系统中，信息的发送方和接收方共享两个纠缠在一起的几乎完全一致的成对光子。当发送方将信息赋予一个光子时，接收方的纠缠光子就会几乎同时发生一致的变化，从而实现用不加外力的方式传输信息，传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。在这一过程中，发送和接受方需要纠缠光子的数量取决于报文的长度。

量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。量子通信的主要应用在于量子密码的传输，与传统通信的唯一区别在于，量子通信采用了一种新的密码生成方式，而且密码不可能被第三方获取。

1.3　量子密码技术

依据Heisenberg的量子测不准原理，通过窃听不能得到确定的有效信息。同时，任何针对量子信号的窃听都将不可避免的留下痕迹，从而被通信方所警觉。量子密码技术就是利用这一原理来判断是否有人窃取传输的密码信息，从而实现密码的绝对安全。

量子密钥分配原理来源于光子偏振的原理。光子任意时刻的偏振方向具有随机性，在两个纠缠光子之间设置偏振片。当光子的偏振方向与偏振偏振片的倾斜方向的夹角很小时，光子改变偏振方向并通过偏振滤光器的概率大，否则就小。特别是当=90°，其概率为0：=45°时，其概率为0.5；=0°，其概率为1°通过公开渠道告知对方是如何旋转的，把检测到一个光子记为“1”，没有检测到记为“0”，双方都能记录到相同的一组二进制数列，以作为密码。如果有人在半路监听，同样需要放置偏振片，就不可避免改变光子的偏振方向，使发送者和接受者记录的数列产生差异。

2　量子通信的发展动态及应用

1926年量子力学诞生，成为人类认识微观世界的理论基础。1935年，爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证了量子力学和相对论之间的不相容性。1964年，约翰・贝尔提出了贝尔理论，阐明用实验来检验超光速响应的可能性。1982年阿斯派克等人证明了超光速响应的存在。1984年，有人提出了用单光子偏振态编码量子密码技术方案，开始了量子密码的研究。1989年，量子密钥传输第一次演示获得成功。1997年，奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证；2004年，该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功的将量子态隐形传输距离提高到600米。

我国的量子通信技术发展迅速，位居世界前列。2007年开始，中国科大-清华大学联合研究小组开始在北京八达岭与河北怀来之间架设长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子隐形传态，这一距离是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是目前国际上没有窃听漏洞的量子密钥分发的最大距离。中国科学家在自由空间量子通信方 向上的一系列工作引起了国际学术界的广泛关注。英国的《新科学家》、美国的《今日物理》等多家学术新闻媒体均对这些工作进行了报道。下一步科学家们正在计划通过自由空间实现几百公里的量子通信，超越光纤传输的极限。

量子通信比较传统通信技术具有明显优势：抗干扰能力强，不需要借助传统信道；量子密码几乎不可能被破译，保密性强；线路时延几乎为零，传输速度快。

第5篇：量子通信范文

关键词:数据通信；量子密钥分发；量子密码终端；密钥中继

量子保密通信是基于量子密钥分发的密码通信解决方案，量子密钥分发不依赖于计算的复杂性来保证通信安全，而是基于量子力学基本原理。只要能够在通信双方成功的建立密钥，这组建立的密钥就是绝对安全的，并且这种密钥是具有绝对随机性的，从原理上无法破解。由于量子密码系统基于的这种随机性，其安全性不因数学水平和计算能力的提高受到威胁，所以不仅是现在，而且在未来利用量子密码系统加密的信息都是安全的。由此，人类目前已知的唯一具有长期安全性保障的通信解决方案是量子保密通信。并且在世界范围内已有量子通信网络初步建成并运行。在传统数据传输系统基础上，使用量子通信保证数据传输的安全性，提高数据通信网络的可靠性、安全性和稳定性，是一个值得研究和发展的方向，两者结合能够有效保证数据在通信过程中的安全可靠。

一、QKD系统基本结构

如图表1.1所示，QKD系统主要由主控模块、数据处理模块、系统管理模块、光电系统（光学模块和单光子探测器）组成。该QKD系统的运行受控于密钥生成控制系统，由密钥生成控制系统下发QKD控制指令给终端设备的系统管理模块，系统管理模块将接收到的指令进行必要的协议转换（某些关键指令还需要加解密处理），完成对QKD系统进行工作流程控制。系统管理模块的主要硬件结构如图表1.2所示：

二、QKD系统与数据通信

在当前的要求数据安全性比较高的网络中，会采用专线进行保密的数据通信，会添加防护设备，增加一道安全措施。设备首先需要通过证书机制，完成身份认证过程，然后将一端产生的随机数通过非对称密码学算法加密处理后传输给另一端，而另一端的防护设备将接收到数据，并把数据进行解密，由此获得随机数，这样就完成了对称密钥的分发过程。由于目前的对称密钥分发机制，必须由经典密钥学的加解密算法处理，这样就有可能被攻破。因此，通过制定一整套完善的量子对称密钥传输、同步、中继等协议，使得防护设备可以使用QKD系统提供的对称量子密钥，对目前系统网络中的数据进行实时量子加解密处理。如图表2.1所示：

三、多用户应用场景下的量子密钥分配、存储和管理机制

如图表3.1所示，在要求较高的专线数据传输系统多用户应用场景下，可将该专线网络分为“客户大区”和“管理大区”两大部分。该场景下的两个用户之前数据通信的安全通信可由QKD系统直接向认证设备提供的量子密钥保证。在该网络中，可使用一个全通型光量子交换机，挂接6台量子网关，在密钥生成控制服务器的调度下，实现任意两个设备间的量子密钥分发，并直接把生成的量子密钥存储在各自设备内。管理大区用户与客户大区用户之间进行通信，其防护设备可以使用QKD系统提供的量子密钥，完成数据加解密功能，达到安全的保密通信要求。多用户应用场景量子加密数据传输的主要步骤如下：(1)场景内，每个用户终端部署一台QKD系统，由密钥生成控制服务器定时监控每个用户的当前量子密钥量，根据制定的排队策略，把各个QKD系统按照规则进行配对，启动量子密钥分发；(2)各个QKD系统必须由唯一的ID号标识身份，该QKD与其他的QKD系统进行量子密钥分发，并且会使用对方ID号对生成的量子密钥进行标识和保存。(3)通过具体的用户通信进行演示：客户大区的用户2需要与用户4进行通信，密钥生成控制服务器会统一管理，安排用户2与用4进行通信，用户2的QKD系统会根据ID号与用户4的QKD系统分发的量子密钥进行设备认证，而用户4的QKD系统也会根据ID号与用户2的QKD系统分发的量子密钥提供给认证设备；(4)认证设备采用量子密钥，对传输的数据进行加解密处理，使保密通信过程完成。

四、通信网络与量子网络融合

(一)通信网络中的加密认证设备部署

专线网络要实现“分级管理”的要求，各级数据调度中心以及下属的各个数据站点部署了加密认证设备，根据总部调度通信关系建立加密隧道（理论上只能在上级和下级之间建立加密隧道），加密隧道拓扑的结构是网状结构。如图表4.1、图表4.2所示：

(二)量子通信网络融入实例

在一级分部调度中心管理中，加密认证设备需要对相邻的二级分部使用QKD系统提供的量子密钥进行加解密处理。网络拓扑如图表4.3所示：一级分部调度中心控制二级分部1和二级分部2的通信网络，一级分部与两个二级分部都可以通过量子集控站，完成两两间的量子信道建立，在集控站的统一协调下，使其具备两两之间能够分发量子密钥的能力。由此，一级分部调度中心与两个分部之间就可以实现两两加密认证设备通过使用量子密钥进行加解密处理的保密通信。该场景下的通信数据加解密与传输流程如下所示：(1（)这里一级分部调度中心简称为一级中心；二级分部1简称为二分1；二级分部2简称为二分2）。(2)一级中心的集控站与二分1的集控站、一级中心的集控站与二分2的集控站，在密钥生成控制服务器（处于集控站中）的统一协调管理下，实现量子密钥分发；(3)二分1需要完成与一级中心的通信数据传输，二分1的认证设备先用与一级中心分发的量子密钥，对数据进行加密处理，然后由经典网络传给一级中心；(4)一级中心接收到二分1传输的加密数据，一级中心认证设备使用与二分1分发的量子密钥进行解密，这样就实现了二分1传输通信数据给一级中心的功能；(5)与此同时，一级中心下发调度指令给二分1，一级中心的认证设备使用与二分1分发的量子密钥，对调度指令进行加密处理，然后通过经典网络传输给二分1；(6)二分1接收到一级中心传输的加密调度指令，二分1认证设备使用与一级中心分发的量子密钥进行解密，这样就完成了一级中心传输数据给二分1的功能；(7)二分2与一级中心之间的通信数据传输与二分1相似。在二级分部1下，用户1和用户2的量子信道通过全通光量子交换机与该分部集控站连接，实现用户1、用户2和二级分部1两两之间的量子密钥分发。该场景下的通信数据加解密与传输流程如下所示：(1)用户1与二级分部1、用户2与二级分部1，在密钥生成控制服务器（处于集控站中）的统一协调，实现量子密钥分发；(2)用户1需要与一级分部调度中心进行通信数据传输，用户1的认证设备首先使用其与一级分部1交互分发的量子密钥，加密通信数据，然后由经典网络传输给一级分部1；(3)一级分部1收到用户1传输的经过加密通信数据，一级分部1的认证设备使用与用户1分发的量子密钥对加密数据进行解密，这样就实现了用户1传输数据给一级分部1的功能；(4)同时，一级分部1可以下发调度指令给用户1，一级分部1的认证设备使用与用户1分发的量子密钥，加密调度指令，然后经由经典网络传输给用户1；(5)用户1接收到二级分部1传输的加密调度指令，其认证设备使用与二级分部1分发的量子密钥进行解密，这样就完成了二级分部1传输通信数据给用户1的功能；(6)用户2与二级分部1之间的通信数据传输与用户1类似。如果用户1或用户2需要与一级分部调度中心直接传输通信数据，则要用到密钥中继功能，以用户2上传数据给一级分部调度中心为例，主要步骤如下所示：(1)一级分部调度中心的集控站与二级分部1下的用户2，通过它们之间的二级分部1集控站，利用经典密钥中继的方式，使一级分部调度中心与用户2之间拥有共享的量子密钥；(2)用户2的认证设备，需要给传输给一级分部调度中心的数据进行加密，加密密钥为上述共享的量子密钥，然后由经典网络传输给一级分部调度中心；(3)一级分部调度中心的认证设备，利用对应的量子密钥作为业务密钥，将用户2传输过来的加密数据进行解密，这样就实现了用户2与一级分部调度中心之间数据加解密传输功能。

五、结束语

第6篇：量子通信范文

量子通信是加密不是传输

量子通信是加密概念，而不是传输概念，更不是什么超光速通信。

举一个简单的例子来说明。假设你有两个朋友，一个在广州，一个在北京，你自己则在中间的上海。你们三个人事先说好，你会随机给这两个朋友中的一个人寄一个苹果，另一个人寄一根香蕉。那么当你的广州朋友收到苹果时，他会瞬间知道你给北京朋友送的是香蕉。在你广州朋友打开盒子看到苹果的那一个瞬间，确实是以比光速还要快的速度获得了关于你北京朋友收到了香蕉的这个信息，但这个“信息”并非实际存在的信息，甚至接收到第一个信号还要依靠传统的邮寄运输模式。

当然真正的量子通信要远比两个水果复杂得多，但本质完全一样，量子通信从来不是超光速传递信息，而是无论采取何种方式都必须依靠经典通信技术参与，所以更无“颠覆”一说。

量子通信区别于经典通信，实质上是量子的“不可破解性”。比如上个例子中的“苹果”和“香蕉”，可以看成是两个纠缠起来了的量子，一个人拿到了其中一个，就可以判断出另一个。但如果不知道“苹果”和“香蕉”的纠缠关系，哪怕截获了整个苹果，也猜不出另一方收到的是什么水果。

在现实应用里当然没有两个水果那么简单，“苹果”会变成一个无穷复杂的量子，那么能和其对应的“香蕉”，就是另一个无穷复杂的惟一量子，两个量子就是“纠缠态”，所以量子通信里量子的用途，最终是保密而不是传输。

量子通信和量子计算

是两回事

量子技术在现实应用方面，一直有两大主要分支，第一是量子通信，第二是量子计算。这两者听上去也很容易混淆，但其实代表着完全不同的两种技术路数。总体来说，中美两国恰好是选择了两个不同的方向。

在量子通信产业化方面，中国无疑领先于美国。

量子通信的商用性主要就体现在数据保密上，比如，网上银行数据的远程灾备应用、金融机构信息数据的采集应用、金融信息交易应用以及银行同城数据生产和灾备应用等。目前量子通信里面研究的主要进展，就是把一对纠缠态量子之间的距离尽可能拉长。比如，中科大潘建伟院士团队实现的“多自由度量子隐形传态”研究，刚刚被评为2015年度国际物理学领域的十项重大突破之首。潘建伟团队将量子之间的安全距离进一步扩展到了地面200千米以上，这在低耗能的太空意味着2千米的距离，量子通信卫星由此成为可能，下一步就是大规模量子网络。

但是美国为什么要搞量子计算？这和硅谷这几年全力投入机器学习和人工智能的风潮有关系。虽然量子计算的应用其实很受限，但和人工智能的核心部分却异常匹配，可能是未来真正强大的人工智能出现的基础。

所以，虽然量子通信是当之无愧的信息安全利器，但相比起来，量子计算一旦被攻破，则可能是类似蒸汽机之于工业文明那样的新一代科技引擎，甚至是人类文明的一大步。

第7篇：量子通信范文

或许是上天的安排，那个“阳光伙伴”竟让我的夜空闪烁起星火，当我望着你那张总爱发呆的脸，我不断问自己，是你吗？感觉一股熟悉敲打着我的心灵，是在呼唤我们那段友谊吧，我是那么那么地期待我们的相遇，我暗暗庆幸我可以奔跑，因为它让我和你再一次燃烧那火苗。或许真的是变了，你变得那样文静，像一个沉睡的天使，你应该过得很好吧。没有说过多的话，但那思念装满了这段比赛前的温馨。

“我们之间的那句约定你还记得吗？”

“当然，你说你会比我更早认出我。”

“我真的回来了茹，可我不知道这样的机遇有几次。”

“我一直在等你，我会等。”

“时间会冲淡我们吗？”

“我想，只要我们在，时间会祝福我们的。”

“我们再许一次约定，下次见面的约定。”

“这次，让我来认出你”

第8篇：量子通信范文

到了三月的时候，阿里山就变成了一个绝绚丽的樱花林，这里的樱花季驰名中外，千岛樱、山樱花等不同品种的樱花依次开放，洁白如雪、灿烂耀眼的花季主角——吉野樱更是美不胜收，当花瓣飘落之际，就如同空中下起了樱花雪，使人觉得来到了梦幻般的世界。每年来到这里观赏樱花的游客都络绎不绝。

阿里山的日出、森林、云海、晚霞和铁路合称为五奇，都十分美丽壮观，当清晨的第一缕阳光乍现，火红的朝阳“一蹦一跳”地跃出了山头，那灿烂的光芒照亮了黎明前黑夜，也为新的一天拉开了帷幕！这就是阿里山着名的日出了！

很久以前，武夷山与阿里山是连在一起的。有一年，不知从什么地方来了个恶魔，强行占有了整座山，使得这里民不聊生。花珊是山下村子里的一个美丽的姑娘，为了铲除恶魔，刻苦用功，练出了一身好武艺。花珊做好准备后，她就打恶魔去了。在搏斗中，恶魔被花珊的箭射中，滚下山去，她趁势一刀劈下去。随着一声巨响，恶魔和大山都被劈成了两段。大山中间出现了一道深沟，奔腾的东海之水汹涌而来，形成了台湾海峡，那大山成了西面的武夷山和台湾东面的阿里山。虽说这只是一个传说，它说明了台湾与内地山连山、水连水，两岸人民血浓于水，同是龙的传人。

第9篇：量子通信范文

lumixyl现已成为美国美容行业专业线的新宠，自问世后迅速赢得无数消费者的青睐，美国媒体争相对其报道。本刊记者将从三个不同视角带你体验lumixyl在美国的风靡程度，以下内容来自lumixyl的英文报道，相关英文信息请访问lumixyl官网及博客。

好莱坞皮肤科医生RebeccaFitzgerald说lumixyl

“如果你穿梭于好莱坞，你就一定知道lumixyl。”这是好莱坞皮肤科医生RebeccaFitzgerald参加美国著名综艺节目《entertainmenttonight》时说的话，从中我们可以感受到lumixyl在好莱坞的流行程度。

曾经有朋友很疑惑地问：“现在的彩妆技术如此发达，我们还有必要护肤吗?”答案当然是有必要且非常需要。Rebecca Fitzgerald医生的这句话也证明了这个事实，如果肌肤肤质不好，彩妆很难与肌肤完美贴合，效果就会大打折扣。

众所周知，奥斯卡不仅是世界电影人的梦想，更是女星的战场。在好莱坞流传着一种“奥斯卡前夕美容奇迹”的说法，讲的是奥斯卡颁奖礼前众星纷纷美肤的情况。Rebecca Fitzgerald也声称：“每年奥斯卡颁奖礼前夕是我最忙的时候，在奥斯卡颁奖礼的前一个月，我们就会接到许多明星的预约电话，而lumixyl一定是他们的必选项目。一方面是因为lumixyl拥有超强有效的美白祛斑功效，更重要的是它可以作为其他激光、整形项目后的优化护理。”

Rebecca Fitzgerald还透露，好莱坞明星和常人一样，私底下也会讨论一些护肤心得，他们大多比较推崇天然类的护肤产品，这大概也是他们热衷于lumixyl的一个重要原因。

美国媒体眼中的lumixyl

lumixyl的护肤效果获得了美国民众的广泛赞誉，美国媒体自然不能错过这股潮流风，目前，包括ABC、CBS、FOX、NBC、New Beauty、HealthyAging、Glow、Flare等多家电视、杂志在内的媒体都全方位报道了lumixyl的卓越功效。

ABC电视台报道称：lumixyl专为那些追求完美的女性而设。它不仅能自动搜索老化死亡细胞，而且能同时将高效营养成分输送至肌肤深层，从根本上淡化斑点、美白肌肤。lumixyl特含的专利生物成分是由美国斯坦福大学的皮肤专家经过多年的潜心钻研研发而成的，可分层定向抑制黑色素的形成，有效降低黑色素的深度、减弱黑色素的强度，显著改善黄褐斑、黑斑、肝斑等几乎所有斑点问题。此外，lumixyl护理过程安全无创，护理结束即可恢复正常工作。

FOX电视台报道称：大部分女性都会使用多种富含高效营养成分的乳霜产品护理肌肤，但是使用后的效果却不尽如人意，这令消费者甚至开始怀疑产品成分的真伪。皮肤专家告诉我们，产品的使用效果不仅受到产品所含成分的作用，更会受到消费者皮肤特性的影响。其实，一般涂抹方法肌肤吸收营养成分的百分比极低，而今流行的lumixyl则可通过共振原理瞬间将原液渗透至肌肤深层，直接高效地解决肌肤问题，促进肌肤对营养成分的吸收。lumixyl不仅可以保证产品的使用效率，同时还能保障产品的卫生问题，40分钟就能给顾客一个焕然一新的面孔且效果持久。

CBS电视台报道：lumixyl对于饱受斑点问题困扰的人群来说可算是一纸福音。曾几何时，美白祛斑是亚洲人的专利，但是随着皮肤癌等问题的出现和审美趋势的改变，欧美人士也开始注重美白祛斑，因此许多美容机构开始把斑点问题作为美容院的重点项目。lumixyl系统能自动、精确地祛除老化死亡细胞，清洁毛孔预防细菌生长，舒缓肌肤，其所含的量子级原液可以直达肌肤深层，从细胞级水平调理肌肤新陈代谢。

美国美容院管理者说lumixyl

美容院是消费者直接接触的地方，那里的管理层对于这股lumixyl潮流有哪些真实的感触呢?以下摘自两位来自美国新奥尔良和阿瑟顿美容院管理者的叙述，他们将带你走进这股潮流风的中心地带，让你体验一次来自北美洲的狂热与追逐。

Mary，新奥尔良The Lupo Center

我们的美容机构同时引进了silkpeel和lumixyl，由于当时店内管理层决定主推silkpeel，lumixyl只是被美容师可有可无的提及。没想到两个月后，许多客户点名要求做lumixyl护理，我们的业务量因此提高了50％。在之后与顾客的沟通过程中发现，大部分的顾客都是经朋友介绍慕名前来体验lumixyl的。Lumixyl凭借自身价值被消费者熟知，而后就处于一种自我销售的状态。

Richard，阿瑟顿Struck Plastic Surgemy