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量子通訊是哪些?量子估算究竟好在那里?

更新時間:2023-10-13 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

日前媒體報導表示,此前將舉行的2020天翼智能生態博覽會上,中國聯通在展示臺上放出了兩臺樣本機,分別是由華為和中興的手機改建來的,而與原版手機最大的區別就是中國聯通以及國盾量子作為了這兩臺手機的鎖屏辨識,所以說的那么晦澀,他跟俺們現今使用的量子通信智能手機究竟有哪些不一樣?6JH物理好資源網(原物理ok網)

其實到現今為止,好多人都不是很清楚量子通訊、量子估算究竟好在那里?甚至對于哪些是量子也是迷迷糊糊的搞不清楚。見有解釋稱,量子通訊和估算的優點有好多,可以簡單的理解為量子通訊在于安全,量子估算在于快速,而量子通話手機自然也是“安全”量子通訊的原理,這樣解釋倒也可以,不過,終究由于距離太遠,量子還是有點“玄乎”。6JH物理好資源網(原物理ok網)

一、什么是量子通信6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子通信()是指借助量子力學原理對量子態進行操控的一種通訊方式,可以有效解決信息安全問題。量子通訊是量子信息學的一個重要分支,它借助量子力學原理對量子態進行操控,在兩個地點之間進行信息交互,可以完成精典通訊所不能完成的任務。量子通訊是迄今惟一被嚴格證明無條件安全的通訊方法,可以有效解決信息安全問題。6JH物理好資源網(原物理ok網)

二、量子通信原理6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子通訊的原理只要有量子糾纏、量子不可克隆定律、秘鑰分配和隱型傳態四個部份。與傳統的密碼學不同,量子秘鑰分配是密碼學與量子熱學相結合的產物,它以量子態為信息載體,借助量子力學的一些基本數學原理來傳輸和保護信息。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(1)量子糾纏6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子糾纏描述復合系統(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。量子糾纏技術起到安全的傳輸信息的目的。借助固定的兩個量子態糾纏的粒子,攜帶信息傳遞到另一個地區,依據糾纏原理,必須是和它糾纏的粒子才可與其再度產生糾纏態。這樣便可以起到挺好的加密作用:即A和B兩個糾纏的粒子抒發一定的信息,以A為秘鑰,把B傳送到另一地點,這么倘若破譯信息,則必須用A粒子再度和B產生糾纏態方可破譯。這樣大大保證了信息傳遞的安全,且破譯具有惟一性。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(2)量子不可克隆定律6JH物理好資源網(原物理ok網)

其具體內容可從以下三方面敘述:6JH物理好資源網(原物理ok網)

①不存在任何化學過程,能作出兩個不同的非正交態的完全拷貝。6JH物理好資源網(原物理ok網)

②量子系統的任意未知量子態不能被完全拷貝。6JH物理好資源網(原物理ok網)

③要從編碼在非正交量子態中獲得信息,這種態不遭破壞是不可能的。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(3)量子秘鑰分配6JH物理好資源網(原物理ok網)

秘密通訊依賴于秘鑰,假如發送者Alice和接收者Bob通訊雙方擁有她們自己才曉得的私人秘鑰,就可以進行秘密通訊。Alice可以把秘鑰的對應位加上她的消息編碼的每一位,發送給Bob,Bob收到這個隨機位串后,借助秘鑰就可提取出Alice發來的消息。監聽者雖然查獲傳輸中的訊號,也不可能獲得任何消息,由于單獨傳輸中的位串本身并不攜帶消息,消息是編碼在傳輸串和秘鑰相關中的。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(4)量子隱型傳態6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子隱型傳態又稱量子遙傳、量子隱型傳輸、量子隱型傳送、量子遠距傳輸或量子遠傳,是一種借助分散量子纏結與一些化學訊息的轉換來傳送量子態至任意距離的位置的技術,是一種全新的通訊方法。它傳輸的不再是精典信息而是量子態攜帶的量子信息。6JH物理好資源網(原物理ok網)

三、量子通信工作方案6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子通訊有兩種方案。6JH物理好資源網(原物理ok網)

一種是直接通訊方案,常見的如“乒乓合同“等,是采用量子通訊手段直接傳送信息。這些方案也叫量子隱型傳態,是將甲地的某一粒子的未知量子態,頓時轉移給乙地的另一個粒子。但量子隱型傳態目前處于實驗室階段,在實際的量子通訊中尚未有成功實現的報導。6JH物理好資源網(原物理ok網)

另一種應用最廣、發展勢頭正猛的是間接通訊方案,亦稱為量子秘鑰分發方案。它有兩個信道:一個是精典信道,使用普通的有線或無線方式發送密文;另一個是量子信道,專門用于形成秘鑰。每發送一次信息,通訊雙方都要重新生成新的秘鑰,即每次加密的秘鑰都不一樣,實現了報文發送的“一次一密”,但是在秘鑰發送的過程中還可以檢查有無偵聽者,所以它可以在原理上實現絕對安全可靠的通訊。目前所謂的量子通訊通常采用的是通過量子信道分發秘鑰的方案。6JH物理好資源網(原物理ok網)

四、量子通信發展現況6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子通訊技術自從1992年第一個量子秘鑰分發實驗成功以來,在國外外都得到了迅猛發展。6JH物理好資源網(原物理ok網)

美國發展6JH物理好資源網(原物理ok網)

為了解美國的發展歷程,下邊列舉美國的幾個量子通訊實驗:6JH物理好資源網(原物理ok網)

(1)1993年,美國國防部研究局實現了在光纖中借助BB84合同進行了10km距離上的量子秘鑰分發。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(2)2000年,印度阿拉莫斯國家實驗室實現了1.6km自由空間的量子秘鑰分發。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(3)2002年,法國日內瓦學院的Gisin小組在67km的光纖上演示了量子秘鑰分發。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(4)2004年,韓國NEC公司在光纖上量子秘鑰分發距離達到了150km。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(5)2006年,西班牙、奧地利、意大利、英國的4所學院在兩個海島之間進行了夜間144km的自由空間量子秘鑰分發實驗。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(6)2008年,歐共體在維也納開通了有8個用戶的量子網路。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(7)2008年,美國和法國的科學家首次辨識出從高的衛星上反射回月球的單批光子,因而為星地量子通訊打下了基礎。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(8)歐共體計劃于2017年發射量子通訊衛星,實現星地量子通訊。6JH物理好資源網(原物理ok網)

國外發展6JH物理好資源網(原物理ok網)

在國外,量子通訊以中國科技學院的潘建偉和郭光燦兩個研究小組為主,她們的研究成果時常發表于《》等重要國際期刊。可以說,中國的量子通訊水平已居世界前列。以下是中國學者在量子通訊領域的主要發展歷程:6JH物理好資源網(原物理ok網)

(1)1995年,中國科大學化學所首次用BB84合同完成了演示實驗。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(2)2003年,中國科技學院在校園內鋪裝了3.2km的量子通訊系統。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(3)2005年,郭光燦小組在上海和北京之間完成了125km的光纖量子通訊實驗。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(4)2012年,潘建偉團隊建設成功“合肥城域量子通訊實驗示范網”。該網路有46個節點,聯接40組“量子電話”用戶和16組“量子視頻”用戶。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(5)2012年,中國學者在湖南湖完成了百公里量級糾纏光子對的量子秘鑰分發實驗。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(6)2013年,中國科大學聯合相關部門啟動了上千公里的光纖量子通訊骨干網工程“京滬干線”項目。這一項目于2017年9月29日即將開通。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(7)2016年,中國吐魯番衛星發射中心發射了全球首顆量子通訊實驗衛星,目標是實現廣州和南寧之間的量子保密通訊,但是在伊寧和拉薩之間實現了距離的大尺度量子非定域性檢驗,還在衛星和阿里之間實現了星地量子隱型傳態。該衛星質量約640kg,運行在高度為500km的軌道上。衛星上有4個荷載:量子秘鑰通訊機、量子糾纏發射機、量子糾纏源、量子試驗與控制處理機,可與地面上相距千公里量級的兩處光學站同時完善量子光路鏈接。6JH物理好資源網(原物理ok網)

五、量子通信發展方向6JH物理好資源網(原物理ok網)

量子通訊技術發展成熟后,將廣泛地應用于軍事保密通訊及政府機關、軍工企業、金融、科研院所和其他須要高保密通訊的場合。量子通訊未來有以下幾個發展方向:6JH物理好資源網(原物理ok網)

(1)采用量子中繼技術,擴大通訊距離。因為單光子在傳輸過程中耗損很大,對于遠距離傳輸,必須采用中繼技術。但是量子態的非克隆原理給量子中繼出了很大困局,由于量子態不可復制,所以量子中繼不能像普通的訊號中繼一樣,把弱訊號接收放大后再轉發出去。量子中繼只能是在光子抵達最遠傳輸距離之前接收其訊號,先儲存上去,再讀出這個訊號,最后以單光子方式發送出去。量子中繼有好多方案,包括光量子方案、固態原子方案等。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(2)采用星地通訊方法,實現遠程傳輸。采用衛星通訊后,兩地之間的量子通訊愈加便捷快捷。在真空環境中,光子基本無耗損,耗損主要發生在距地面較低的大氣中。6JH物理好資源網(原物理ok網)

(3)構建量子通訊網路,實現多地相互通信。量子通訊要想實用化,必須覆蓋多地產生網路。國外外都建成了多個實用的量子通訊網路,下一步的發展是擴大節點數量子通訊的原理,擴充通訊距離,產生大覆蓋面積的廣域網。6JH物理好資源網(原物理ok網)

有關量子通訊、量子加密等和量子相關的信息,你們已然據說過好多了,盡管科研人員還在探求的道理上加速前進,并且對于大眾來說,量子還是和人們的距離有點遠:生活中既見不到,工作上也用不著。雖然你們也毋須著急,量子通訊是真的越來越近了,但是此次是可以拿在手中的“量子通話手機”,更為可喜的是,此次是我們自己的專利,所以說,“量子”是真的,既要好好發展,也要好好支持,加油,我們的科技人員。6JH物理好資源網(原物理ok網)

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