量子密碼技術(shù)篇一
從測(cè)不準(zhǔn)原理我們可以曉得，偷聽不可能得到有效信息，與此同時(shí)，偷聽量子訊號(hào)也將會(huì)留下痕跡，讓通訊方察覺。
密碼技術(shù)通過這一原理判斷是否存在有人盜用密碼信息，保障密碼安全。
而秘鑰分配的基本原理則來始于偏振光，在任意時(shí)刻，光子的偏振光方向都擁有一定的隨機(jī)性，所以須要在糾纏光子間分設(shè)偏振光片。
假若光子偏振光片與偏振光方向傾角較小時(shí)，通過濾光器偏振光的機(jī)率很大，反之偏小。
尤其是傾角為90度時(shí)，機(jī)率為0;傾角為45度時(shí)，機(jī)率是0.5，傾角是0度時(shí)，機(jī)率就是1;之后借助公開渠道告訴對(duì)方旋轉(zhuǎn)形式，將測(cè)量到的光子標(biāo)記為1，沒有監(jiān)測(cè)到的填寫0，而雙方都能記錄的二補(bǔ)碼數(shù)列就是密碼。
對(duì)于半道竊聽的情況，在設(shè)置偏振光片的同時(shí)，偏振光方向的改變，這樣才會(huì)讓接受者與發(fā)送者數(shù)列舉現(xiàn)差別。
量子通訊技術(shù)篇二
(一)量子通訊定義
到目前為止，量子通訊仍然沒有確切的定義。
從物力角度來看，它可以被理解為物力權(quán)限下，通過量子效應(yīng)進(jìn)行性能較高的通訊；從信息學(xué)來看量子通訊的原理，量子通訊是在量子熱學(xué)原理以及量子隱型傳輸中的特有屬性，或則借助量子檢測(cè)完成信息傳輸?shù)倪^程。
從量子基本理論來看，量子態(tài)是質(zhì)子、中子、原子等粒子的具體狀態(tài)，可以代表粒子旋轉(zhuǎn)、能量、磁場(chǎng)和數(shù)學(xué)特點(diǎn)，它包含量子測(cè)不準(zhǔn)原理和量子糾纏，同時(shí)也是現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的重點(diǎn)。
量子糾纏是來源一致的一對(duì)微觀粒子在量子熱學(xué)中的糾纏關(guān)系，同時(shí)這也是通過量子進(jìn)行密碼傳遞的基礎(chǔ)。
測(cè)不準(zhǔn)原理作為熱學(xué)基本原理，是同一時(shí)刻用相同精度對(duì)量子動(dòng)量以及位置的檢測(cè)，而且只能精確測(cè)定其中的一樣結(jié)果。
量子通訊技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用篇三
【關(guān)鍵詞】量子比特量子糾纏隱型傳態(tài)現(xiàn)況及發(fā)展
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，量子通訊作為后摩爾時(shí)代的'新技術(shù)，會(huì)漸漸走入人們的生活，尤其在金融、國防、信息安全等方面的應(yīng)用將作出巨大的貢獻(xiàn)。
目前我國早已在光纖量子通訊、空間量子隱型傳態(tài)、糾纏分發(fā)和量子儲(chǔ)存等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一些具有國際先進(jìn)水平的科研成果，整體發(fā)展水平躍居世界前列。
1量子通訊簡(jiǎn)介
量子通訊的概念是由英國科學(xué)家C.H.于1993年提出的，他強(qiáng)調(diào)量子通訊是由量子態(tài)攜帶信息的通訊方法，是借助光子等基本粒子的量子糾纏原理實(shí)現(xiàn)保密通訊過程。
量子通訊的最大優(yōu)點(diǎn)是其具有理論上的無條件、安全性和高效性。
它對(duì)金融、電信、軍事等領(lǐng)域有非常重要的意義，目前在實(shí)際應(yīng)用中早已獲得了一定的發(fā)展。
量子通訊主要有量子秘鑰分配、量子隱型傳態(tài)、量子安全直接通訊和量子絕密共享等。
2量子信息的基本概念
2.1量子
量子是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，是能量的最基本攜帶者量子通訊的原理，其基本特點(diǎn)是不可分割性。
2.2量子比特
量子比特(bit，縮寫為qubit或qbit)，與精典比特(bit)只能處在“0”或“1”的某一種狀態(tài)不同，量子比特既可能處于0態(tài)，也可能處于1態(tài)，還可能處于這兩個(gè)態(tài)的疊加態(tài)。
量子比特的實(shí)現(xiàn)最常采用的是以光訊號(hào)為載體，還可以是電子、原子核、超導(dǎo)線路和量子點(diǎn)等載體。
光訊號(hào)主要包括單光子和連續(xù)變量。
單光子可以用垂直偏振光和45°偏振表示量子比特|0>，用水平偏振光和135°偏振表示量子比特|1>，還可以用光子的相位和光脈沖中的光子數(shù)來表示量子比特。
連續(xù)變量可以用廣義位置和廣義動(dòng)量的取值來表示量子比特。
2.3量子糾纏
糾纏是量子粒子之間的聯(lián)接，是宇宙的結(jié)構(gòu)單元。
在量子熱學(xué)中才能制備這樣兩個(gè)糾纏的粒子態(tài)，當(dāng)一個(gè)粒子發(fā)生變化，立刻在另一個(gè)粒子中反映下來，――不管它們之間相隔多遠(yuǎn)。
量子糾纏指的是兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間的非定域非精典的強(qiáng)關(guān)聯(lián)。
1982年，美國化學(xué)學(xué)家愛倫。愛斯派克特和他的小組成功地完成了微觀粒子“量子糾纏”現(xiàn)象確實(shí)存在的實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了愛因斯坦的“幽靈”――超距作用的存在，否認(rèn)了任何兩種物質(zhì)之間不管距離多遠(yuǎn)，都有可能互相影響，不受四維時(shí)空的約束，是非局域的。
量子糾纏反映了量子理論的基本特點(diǎn)：相干性、或然性和空間非定域性。
這種特點(diǎn)早已廣泛應(yīng)用于量子通訊中，實(shí)現(xiàn)基于糾纏的量子秘鑰分發(fā)、量子秘密共享、密集編碼和隱型傳態(tài)等。
2.4量子隱型傳態(tài)
量子隱型傳態(tài)是將量子糾纏特點(diǎn)作為通訊信道使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)任意未知量子態(tài)傳輸?shù)囊环N技術(shù)，它傳輸?shù)牟辉偈蔷湫畔⒍橇孔討B(tài)攜帶的量子信息。
量子隱型傳態(tài)示意圖如圖1。
量子隱型傳態(tài)的基本原理，就是對(duì)待傳送的未知量子態(tài)與EPR對(duì)的其中一個(gè)粒子施行聯(lián)合Bell基檢測(cè)，因?yàn)镋PR對(duì)的量子非局域關(guān)聯(lián)性，此時(shí)未知態(tài)的全部量子信息將會(huì)“轉(zhuǎn)移”到EPR對(duì)的第二個(gè)粒子上，按照精典通道傳送的Bell基檢測(cè)結(jié)果，對(duì)EPR的第二個(gè)粒子的量子態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的幺正變換，使之變?yōu)榕c所傳送的未知態(tài)完全相同的量子態(tài)，因而達(dá)到量子態(tài)的轉(zhuǎn)移。
在傳送過程中，原物仍然留在發(fā)送者處，接收者是將別的物質(zhì)單元制備成為與原物完全相同的量子態(tài)，雙方對(duì)這個(gè)量子態(tài)一無所知。
精典信道傳送的是發(fā)送者的檢測(cè)結(jié)果，不包含未知態(tài)的任何內(nèi)容。
2.5量子通訊合同
量子通訊合同是指量子通訊的雙方完成通訊或服務(wù)所必須遵守的規(guī)則和約定。
量子通訊合同根據(jù)通訊任務(wù)目標(biāo)可分為隱型傳態(tài)、密集編碼和量子保密通訊合同。
BB84合同是最早提出的量子保密通訊合同，也是最接近實(shí)用化的量子通訊合同。
BB84合同示意圖如圖2。
BB84合同促使兩個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的通訊雙方在遙遠(yuǎn)的兩地可以連續(xù)地構(gòu)建秘鑰，從而通過一次一密密碼本加密合同實(shí)現(xiàn)安全通訊。
它以“海森堡不確定性原理”和“未知量子態(tài)的不可克隆性”的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，開辟了秘鑰分發(fā)和保密通訊的方向。
目前BB84合同正在向性能穩(wěn)定、高速成碼、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。
3量子通訊的幾種技術(shù)簡(jiǎn)介
3.1量子訊號(hào)的形成技術(shù)
量子訊號(hào)的形成技術(shù)包括糾纏光子訊號(hào)的形成技術(shù)、單光子訊號(hào)的形成技術(shù)和連續(xù)變量量子訊號(hào)的形成技術(shù)。
用光子晶體光纖形成糾纏的技術(shù)，系統(tǒng)有穩(wěn)定、易于集成的優(yōu)點(diǎn)，在未來的中短距離量子通訊中，將占主導(dǎo)地位。
目前技術(shù)上較為成熟的弱相干準(zhǔn)單光子源技術(shù)被廣泛拿來實(shí)現(xiàn)BB84等量子保密通訊合同。
壓縮態(tài)、糾纏態(tài)、相干態(tài)形成技術(shù)是連續(xù)變量量子訊號(hào)形成技術(shù)，拿來實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量量子通訊合同。
3.2量子訊號(hào)的調(diào)制技術(shù)
在量子通訊中，不同的量子態(tài)資源決定了不同的量子訊號(hào)調(diào)制方法。
單光子量子訊號(hào)的調(diào)制常用偏振光調(diào)制、相位調(diào)制和頻度調(diào)制，連續(xù)變量量子訊號(hào)的調(diào)制常用高斯調(diào)制和離散調(diào)制。
3.3量子訊號(hào)的偵測(cè)技術(shù)
在量子通訊系統(tǒng)中，接收端中最重要的元件是量子訊號(hào)偵測(cè)系統(tǒng)。
單光子偵測(cè)器屬于量子通訊系統(tǒng)中的單光子訊號(hào)偵測(cè)技術(shù)，半導(dǎo)體雪崩光電晶閘管單光子偵測(cè)器是實(shí)際系統(tǒng)中用得比較多的單光子偵測(cè)技術(shù)。
連續(xù)變量量子通訊是將信息加載到光場(chǎng)的正交振幅和正交相位上的，它不同于單光子只是一個(gè)單純的硬度檢測(cè)，而是須要利用一束本地光進(jìn)行干涉檢測(cè)。
平衡零拍偵測(cè)器是專門進(jìn)行光場(chǎng)兩正交份量檢測(cè)的連續(xù)變量體系的偵測(cè)技術(shù)。
3.4量子中繼技術(shù)
因?yàn)榱孔佑嵦?hào)的不可克隆性，量子通訊難以直接采用精典通訊中“恢復(fù)――放大”的過程，而非定域的糾纏態(tài)是量子通訊的重要資源，借助遠(yuǎn)距離分發(fā)糾纏粒子之間的非局域性可以實(shí)現(xiàn)隱型傳態(tài)、密集編碼等一系列量子通訊合同。
量子糾纏具有可交換性，采用基于糾纏交換的中繼方案可以解決長距離通訊的問題。
量子中繼示意圖如圖3。
3.5量子通訊網(wǎng)路技術(shù)
在量子通訊網(wǎng)路中，主要有量子空分交換技術(shù)、量午時(shí)分交換技術(shù)、量子波分交換技術(shù)等。
量子空分交換是通過改變光量子訊號(hào)的數(shù)學(xué)傳輸通道來實(shí)現(xiàn)光量子訊號(hào)的交換；量午時(shí)分交換是在時(shí)間同步的基礎(chǔ)上對(duì)光量子訊號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用而進(jìn)行的交換；量子波分交換是將光量子訊號(hào)經(jīng)過波分解復(fù)用器、波長變換器、波長混頻器、波分復(fù)用器而進(jìn)行的交換。
量子通訊網(wǎng)路有三個(gè)功能層面：量子通訊網(wǎng)路管理層、量子通訊控制層和傳輸信道層。
由量子通訊控制層進(jìn)行呼叫聯(lián)接處理、信道資源管理和構(gòu)建路由，從而控制光纖通道構(gòu)建端到端量子信道，管理層負(fù)責(zé)資源和鏈路等的管理，控制層和管理層的功能由精典通訊鏈路完成。
4量子通訊的現(xiàn)況和發(fā)展趨勢(shì)
目前，量子通訊在單光子、量子偵測(cè)、量子儲(chǔ)存等關(guān)鍵技術(shù)已獲得突破和發(fā)展，各類量子理論體系日趨健全，量子通訊技術(shù)已逐漸步入試點(diǎn)應(yīng)用階段。
現(xiàn)今，日本、德國、日本等各國都投入了重金大力研究量子通訊技術(shù)，我國也取得了豐碩的成果，在部份領(lǐng)域甚至世界領(lǐng)先，這必定推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。
2012年初，我國中科教授潘建偉率領(lǐng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在揚(yáng)州建成了國際上首個(gè)規(guī)模化的節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)46個(gè)的城域量子通訊網(wǎng)路。
從2012年開始，我國還建立了基于量子通訊的宜春全通訊保障系統(tǒng)，在上海早已投入永久營運(yùn)，為十八大、2015年9.3閱兵都提供了重要的信息安全保障。
2016年末，上海和北京之間將建成一條全長2000余公里的量子保密通訊骨干線路“京滬干線”，它是聯(lián)接天津、上海的高可信、可擴(kuò)充、軍民融合的廣域光纖量子通訊網(wǎng)路，主要舉辦遠(yuǎn)距離、大尺度量子保密通訊關(guān)鍵驗(yàn)證、應(yīng)用和示范。
此干線可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清量子保密視頻大會(huì)系統(tǒng)和其他多媒體跨越互聯(lián)應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)金融、政務(wù)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)，金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用。
2016年7月份中國將發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星，這標(biāo)志著我國通訊技術(shù)的突破性發(fā)展，標(biāo)志著中國同時(shí)在軍用通訊領(lǐng)域站在了世界的最前列，然后會(huì)相繼發(fā)射的更多量子通信衛(wèi)星，就可以建成全球性的量子通訊網(wǎng)路。
正如潘建偉教授所說量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射，將表明中國正從精典信息技術(shù)的追隨者，轉(zhuǎn)弄成未來信息技術(shù)的并跑者、領(lǐng)跑者，量子通訊將會(huì)早日走入每位人的生活，如同計(jì)算機(jī)以前做到的一樣，改變世界。
量子通信衛(wèi)星和“京滬干線”的成功將意味著一個(gè)天地一體化的量子通訊網(wǎng)路的產(chǎn)生。
量子通訊與傳統(tǒng)的精典通訊相比，具有極高的安全性和保密性，且時(shí)效性高傳輸速率快，沒有電磁幅射，它的這種優(yōu)點(diǎn)決定了其難以估量的應(yīng)用前景。
通過光纖可以實(shí)現(xiàn)城域量子通訊網(wǎng)路，通過中繼器聯(lián)接實(shí)現(xiàn)城際量子網(wǎng)路，通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通訊，最終構(gòu)成廣域量子通訊網(wǎng)路。
未來數(shù)年內(nèi)，量子通訊將會(huì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，精典通訊的硬件設(shè)施并不會(huì)被完全替代，而是在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行融合。
在通訊發(fā)送端和接收端安裝單光子偵測(cè)器、量子網(wǎng)段等量子加密設(shè)備，即可在電話、傳真、光纖網(wǎng)路等原有的通訊網(wǎng)路中實(shí)現(xiàn)量子通訊，這將大大地提高通訊的安全性。
量子通訊有望在10到15年以后成為繼電子和光電子以后的新一代通訊技術(shù)，這些“無條件安全”的通訊方法，將從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問題。
5結(jié)束語
展望量子通訊的前景，未來能否產(chǎn)生天地一體化的全球量子通訊網(wǎng)路，產(chǎn)生完整的量子通訊產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)，建立基于量子通訊安全保障的互聯(lián)網(wǎng)。
對(duì)于通訊維護(hù)人員來說，就應(yīng)當(dāng)緊隨時(shí)代的腳步，推動(dòng)學(xué)習(xí)新技術(shù)、新知識(shí)，以適應(yīng)科技發(fā)展的須要，將所學(xué)所知更好地運(yùn)用于我們的實(shí)際工作和生活中。
參考文獻(xiàn)
[1]伊浩，韓陽等。量子通訊原理與技術(shù)[M]。南京：電子工業(yè)出版社，2013(01)。
[2]潘建偉。量子信息技術(shù)前沿進(jìn)展[Z]。新華網(wǎng)，2015(10)。
[3][英]布萊恩。克萊格。量子糾纏[M]。上海：上海出版社，2011(06)。
結(jié)束語篇四
量子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，作為現(xiàn)代科學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)的進(jìn)步標(biāo)志之一，它對(duì)人類發(fā)展以及科學(xué)建設(shè)都具有重要作用。
為此，在實(shí)際工作中，必須充分借助通訊技術(shù)，整合國外外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，從各方面推動(dòng)量子通訊技術(shù)發(fā)展。