哪些是量子通訊
量子通訊()是指借助量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方法。
WT-1量子路由器與WT-2量子交換機
量子通訊是近二六年發展上去的新型交叉學科,是量子論和信息論相結合的新的研究領域。目前量子通訊主要涉及:量子密碼通訊、量子遠程傳態和量子密集編碼等,最近這門學科已逐漸從理論邁向實驗,并向實用化發展。
量子通訊系統
量子通訊系統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子檢測裝置。按其所傳輸的信息是精典還是量子而分為兩類。后者主要用于量子秘鑰的傳輸,前者則可用于量子隱型傳送和量子糾纏的分發。所謂隱型傳送指的是脫離實物的一種"完全"的信息傳送。
量子通訊發展史
1993年,C.H.提出了量子通訊的概念;同年,6位來自不同國家的科學家,提出了借助精典與量子相結合的方式實現量子隱型傳送的方案:將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方,把另一個粒子制備到該量子態上,而原先的粒子仍留在原處。其基本思想是:將原物的信息分成精典信息和量子信息兩部份,它們分別經由精典通道和量子通道傳送給接收者。精典信息是發送者對原物進行某種檢測而獲得的,量子信息是發送者在檢測中未提取的其余信息;接收者在獲得這兩種信息后,就可以制備出原物量子態的完全復制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態,而不是原物本身。發送者甚至可以對這個量子態一無所知,而接收者是將別的粒子處于原物的量子態上。在這個方案中,糾纏態的非定域性起著至關重要的作用。量子隱型傳態除了在數學學領域對人們認識與闡明自然界的神秘規律具有重要意義,并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訊。
1997年,中國青年學者潘建偉與法國學者丹巴斯特等人合作,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。實驗中傳輸的只是抒發量子信息的"狀態",作為信息載體的光子本身并不被傳輸。
量子通訊--以實驗批駁愛因斯坦
在2008年8月14日出版的最新一期《自然》雜志上,德國的5位科學家公布了她們的這項最新研究成果。法國科學家表示,原子、電子以及宇宙空間其他所有的微觀物質都可能會表現出異常奇怪的行為,其行為規律可能與我們日常生活中傳統的科學規律完全背道而馳。例如,物體可以同時存在于兩個或多個場所;可以同時以相反的方向旋轉。這些現象似乎只有通過量子化學學來解釋。量子化學學覺得,任何事物之間都可能存著某種特定的聯系。發生于某一物體之上的風波,可能同時對其他物體也會形成影響。這些現象稱為"量子糾纏"。不管物體之間的距離有多遠,同樣存在"量子糾纏"的關系。
愛因斯坦堅決反對"量子糾纏"理論,甚至將其戲稱為"遙遠的鬼魅行為"。依照量子熱學理論的描述,兩個處于糾纏態的粒子無論相距多遠,都能"感知"和影響對方的狀態。幾六年來,化學學家企圖驗證這些神奇特點是否真實,以及決定它的幕后緣由。雖然,我們可以運用形象化的說明來解釋這些現象。被糾纏的物體釋放出某種不明粒子或其他方式的高速訊號,進而對其伙伴形成影響。此前,已有實驗否認傳統化學學領域中某種隱藏訊號的存在,因而打消了人們對于這些隱藏訊號的種種疑惑。并且,一直有一個奇怪的可能性沒有得到否認,即這些未知訊號的傳輸速度可能會比光速還要高。
為了否認這些可能性,法國科學家開始著手對一對互相糾纏的光子進行實驗研究。首先,研究人員們將光子對拆散;之后量子傳輸速度,通過由英國聯通公司提供的光纖向兩個村落接收站進行傳送,接收站之間相距大概18公里。沿途光子會經過特殊設計的偵測器,因而研究人員才能隨時確定它們從出發到終點的"顏色"。最終,接收站否認每對互相糾纏的光子被分開傳送到接收站后,二者之間一直存在糾纏關系。通過對其中一個光子的剖析,科學家可以預測另一光子的特點。在實驗中,任何隱藏訊號自此接收站傳送到彼接收站,僅僅須要一百千兆分之1秒。這一傳輸速度保證了接收站才能確切地測量到光子。由此可以推斷任何未知訊號的傳輸速度起碼是光速的10000倍。
而愛因斯坦除了不接受"量子糾纏"的思想,而且還堅持覺得不可能存在比光速還要快的訊號,任何比光速快的"鬼魅似的遠距作用"都是不可思議的。按照1905年出版的愛因斯坦的相對論,他覺得沒有物體的運動速率才能超過光速。愛因斯坦解釋說,光速屬于自然界的一個基本常數:對于空間內所有的觀察者來說,光速都是一樣的。同樣是愛因斯坦的相對論解釋說量子傳輸速度,當物體加速時,物體本身的質量降低,而加速須要能量。隨著物體質量的降低,維持速率所需的能量也更多。當物體以接近光速運行時,愛因斯坦經過估算說,它的質量將達到無限大,所以要促使物體繼續運行的能量也要無限大,而要超過這一極限是不可能的。
而科學家們從實驗中得到的推論,既可以指責愛因斯坦的"錯誤"觀點,也可以拿來解釋同一事物同時出現在不同地點這一奇特現象。愛因斯坦都難以解釋的奇怪行為,正是量子化學學和量子通訊的魅力之處。
量子糾纏(),又譯量子纏結,是一種量子熱學現象,其定義上描述復合系統(具有兩個以上的成員系統)之一類特殊的量子態,此量子態難以分解為成員系統各自量子態之張量積()。
具有量子糾纏現象的成員系統們,在此拿兩顆以相反方向、同樣速度等速運動之電子為例,雖然一顆行至太陽邊,一顆行至冥王星,這么遙遠的距離下,它們仍保有非常的關聯性();泛指當其中一顆被操作(比如量子檢測)而狀態發生變化,另一顆也會即刻發生相應的狀態變化。這么現象引起了"鬼魅似的遠距作用"(-at-a-)之猜忌,猶如兩顆電子擁有超光速的秘密通訊通常,似與狹義相對論中所謂的局域性()相違逆。這也是當年阿爾伯特·愛因斯坦與臣子玻理斯·波多斯基、納森·羅森于1935年提出以其姓氏字首為名的愛波羅悖論(EPR)來指責量子力學完備性之原因。
量子糾纏的應用--量子信息學
1.量子通訊-量子隱型傳輸
2.量子估算-量子計算機:量子估算在實現技術上有嚴重的挑戰,實現這一問題要解決另外三個問題:一是量子算法二是量子編碼三是實現量子估算的數學體系。
3.量子保密通信-量子密碼
目前,我國科學家潘建偉已然成功的制備了5粒子最大糾纏態,領先其它國家。