隨著科學技術的迅猛發展，量子通訊作為后摩爾時代的新技術，會漸漸走入人們的生活，下邊是小編悉心推薦的一些量子通訊技術論文，希望你能有所感慨!
量子通訊技術論文篇一
探討量子通訊技術
【摘要】量子通訊作為既新鮮又古老的話題，它具有嚴格的信息傳輸特點，目前早已取得突破性進展，被通訊領域和官方機構廣泛關注。本文結合量子，對量子通訊技術以及發展進行了簡單的剖析。
【關鍵詞】量子;通訊;技術;發展
對量子信息進行研究是將量子熱學作為研究基礎，依照量子并行、糾纏以及不可克隆特點，探求量子編碼、計算、傳輸的可能性，以新途徑、思路、概念打破原有的芯片極限。從本質來說：量子信息是在量子化學觀念上引起的效應。它的優勢完全來緣于量子并行，量子糾纏中的相干疊加為量子通信提供了根據，量子密碼更多的取決于波包塌縮。理論上，量子通訊才能實現通訊過程，最初是通過光纖實現的量子傳輸技術，因為光纖會遭到自身與地理條件限制，不能實現遠距離通訊，所以不利于全球化。到1993年，隱型傳輸方法被提出，通過創建脫離實物的量子通訊，用量子態進行信息傳輸，這就是原則上不能破譯的技術。并且，我們應當看見，受環境噪音影響，量子糾纏會隨著傳輸距離的拉長療效變差。
一、量子通訊技術
(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限下，通過量子效應進行性能較高的通訊;從信息學來看，量子通訊是在量子熱學原理以及量子隱型傳輸中的特有屬性，或則借助量子檢測完成信息傳輸的過程。
從量子基本理論來看，量子態是質子、中子、原子等粒子的具體狀態，可以代表粒子旋轉、能量、磁場和化學特點，它包含量子測不準原理和量子糾纏，同時也是現代數學學的重點。量子糾纏是來源一致的一對微觀粒子在量子熱學中的糾纏關系，同時這也是通過量子進行密碼傳遞的基礎。測不準原理作為熱學基本原理，是同一時刻用相同精度對量子動量以及位置的檢測，而且只能精確測定其中的一樣結果。
(二)量子通訊原理
量子通訊素來具有速率快、容量大、保密性好等特點，它的過程就是量子熱學原理的詮釋。從最典型的通訊系統來說具體包含：量子態、量子檢測容器與通道，擁有量子效應的有：原子、電子、光子等，它們都可以作為量子通訊的訊號。在這過程中，因為光訊號擁有一定的傳輸性，所以常說的量子通訊都是量子光通訊。分發單光子作為施行量子通訊空間的根據，借助空間技術才能實現空間量子的全球化通訊，但是克服空間鏈路導致的距離局限。
借助糾纏量子中的隱型量子傳輸技術作為未來量子通訊的核心，它的工作原理是：借助量子力學，由兩個光子構成糾纏光子，不管它們在宇宙中距離多遠，都不能分割狀態。倘若只是單獨檢測一個光子情況，可能會得到完全隨機的檢測結果;假如借助海森堡的測不準原理進行檢測，只要檢測一個光子狀態，即使它早已發生變化，另一個光子也會出現類似的變化，也就是塌縮。按照這一研究成果，Alice借助隨機比特，隨機轉換已有的量子傳輸狀態，在多次傳輸中，接受者借助量子信道接收;在對每位光子進行檢測時，同時也隨機改變了自己的基，一旦三人的基一樣，一對互補隨機數也就形成。假如此時監聽者監聽，還會破壞糾纏光子對，Alice與Bob也就發現，所以運用這些方法進行通訊是安全的。
(三)量子密碼技術
從測不準原理我們可以曉得，監聽不可能得到有效信息，與此同時，監聽量子訊號也將會留下痕跡，讓通訊方察覺。密碼技術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，在任意時刻，光子的偏振光方向都擁有一定的隨機性，所以須要在糾纏光子間分設偏振光片。假如光子偏振光片與偏振光方向傾角較小時，通過濾光器偏振光的概率很大，反之偏小。尤其是傾角為90度時，機率為0;傾角為45度時，機率是0.5，傾角是0度時，機率就是1;之后借助公開渠道告訴對方旋轉形式，將測量到的光子標記為1，沒有監測到的填寫0，而雙方都能記錄的二補碼數列就是密碼。對于半道竊聽的情況，在設置偏振光片的同時，偏振光方向的改變，這樣才會讓接受者與發送者數列舉現差別。
(四)量子通訊的安全性
從典型的數字通訊來說：對信息逐比特，而且完全加密保護，這才是實質上的安全通訊。而且它不能完全保障信息安全，在寬度有限的密文理論中，經不住窮舉法影響。同時，偽隨機碼的周期性，在重復使用秘鑰時，理論上才能被解碼，只是周期越長，解碼破譯難度才會越大。若果將寬度有限的隨機碼視為秘鑰，常年使用似乎也會具有周期特點，而且不能確保安全性。
從傳統的通訊保密系統來看，使用的是線路加密與終端加密整合的方法對其保護。電話保密網，是在話音終端上借助信息通訊進行加密保護，而工作秘鑰則是偽隨機碼。
二、量子通訊應用與發展
和傳統通訊相比，量子通訊具有好多優勢，它具有良好的抗干擾能力，而且不須要傳統信道，量子密碼安全性很高，通常不能被破譯，線路信噪比接近0，所以具有很快的傳輸速率。目前，量子通訊早已造成好多美軍和國家政府的關注。由于它能構建起難以破譯的系統，所以仍然是美國、歐盟、美國科研機構發展與研究的內容。
在城域通訊分發與生成系統中，通過互聯量子路由器，除了能為任意量子密碼機構成量子密碼，能夠為成對通訊保密機借助，它既能用于逐比特加密，也能非實時應用。在嚴格的專網安全通訊中，通過以量子分發系統和秘鑰為支撐，在城域范疇，任何兩個用戶都能實現逐比特秘鑰量子加密通訊，最后產生安全性有保障的通訊系統。在廣域高的通訊網路中，受傳輸信道中的寬度限制，它不可能直接創建出廣域的通訊網路。假如分段借助量子秘鑰進行實時加密，能夠產生安全級別較高的廣域通訊。它的缺點是，不能全程端與端的加密，加密節點信息須要落地，所以存在安全隱患。目前，隨著空間光信道量子通訊的成熟，在天基平臺構建好后，才能施行范圍覆蓋，因而拓展量子信道傳輸。在這過程中，一旦量子中繼與儲存取得突破，能夠進一步拉長量子信道的輸送距離，但是運用到更寬的領域。諸如：在?潛安全系統中，深海導彈與岸基指揮仍然是公認的世界困局，只有運用甚短波進行系統通訊，就能實現幾百米水下通訊，倘若只是使用傳統的加密方法，很難保障安全性，而借助量子隱型和儲存將成為開辟潛通的新途徑。
三、結束語
量子技術的應用與發展，作為現代科學與數學學的進步標志之一，它對人類發展以及科學建設都具有重要作用。為此，在實際工作中，必須充分借助通訊技術，整合國外外發展經驗，從各方面推動量子通訊技術發展。
參考文獻
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量子通訊技術論文篇二
量子通訊技術發展及應用
【關鍵詞】量子比特量子糾纏隱型傳態現況及發展
隨著科學技術的迅猛發展，量子通訊作為后摩爾時代的新技術，會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用將作出巨大的貢獻。目前我國早已在光纖量子通訊、空間量子隱型傳態、糾纏分發和量子儲存等關鍵技術方面取得了一些具有國際先進水平的科研成果，整體發展水平躍居世界前列。
1量子通訊簡介
量子通訊的概念是由英國科學家C.H.于1993年提出的，他強調量子通訊是由量子態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現保密通訊過程。
量子通訊的最大優點是其具有理論上的無條件、安全性和高效性。它對金融、電信、軍事等領域有非常重要的意義，目前在實際應用中早已獲得了一定的發展。量子通訊主要有量子秘鑰分配、量子隱型傳態、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
量子是構成物質的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，其基本特點是不可分割性。
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”的某一種狀態不同，量子比特既可能處于0態，也可能處于1態，還可能處于這兩個態的疊加態。量子比特的實現最常采用的是以光訊號為載體，還可以是電子、原子核、超導線路和量子點等載體。光訊號主要包括單光子和連續變量。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來表示量子比特。連續變量可以用廣義位置和廣義動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接，是宇宙的結構單元。在量子熱學中才能制備這樣兩個糾纏的粒子態，當一個粒子發生變化，立刻在另一個粒子中反映下來，――不管它們之間相隔多遠。量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間的非定域非精典的強關聯。
1982年，澳洲化學學家愛倫.愛斯派克特和他的小組成功地完成了微觀粒子“量子糾纏”現象確實存在的實驗。實驗否認了愛因斯坦的“幽靈”――超距作用的存在，否認了任何兩種物質之間不管距離多遠，都有可能互相影響，不受四維時空的約束，是非局域的。量子糾纏反映了量子理論的基本特點：相干性、或然性和空間非定域性。這種特點早已廣泛應用于量子通訊中，實現基于糾纏的量子秘鑰分發、量子秘密共享、密集編碼和隱型傳態等。
2.4量子隱型傳態
量子隱型傳態是將量子糾纏特點作為通訊信道使用，進而實現任意未知量子態傳輸的一種技術，它傳輸的不再是精典信息而是量子態攜帶的量子信息。
量子隱型傳態示意圖如圖1。
量子隱型傳態的基本原理，就是對待傳送的未知量子態與EPR對的其中一個粒子施行聯合Bell基檢測，因為EPR對的量子非局域關聯性，此時未知態的全部量子信息將會“轉移”到EPR對的第二個粒子上，按照精典通道傳送的Bell基檢測結果，對EPR的第二個粒子的量子態進行相應的幺正變換，使之變為與所傳送的未知態完全相同的量子態，因而達到量子態的轉移。在傳送過程中，原物仍然留在發送者處，接收者是將別的物質單元制備成為與原物完全相同的量子態，雙方對這個量子態一無所知。精典信道傳送的是發送者的檢測結果，不包含未知態的任何內容。
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所必須遵守的規則和約定。量子通訊合同根據通訊任務目標可分為隱型傳態、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，也是最接近實用化的量子通訊合同。
BB84合同促使兩個經過認證的通訊雙方在遙遠的兩地可以連續地構建秘鑰，從而通過一次一密密碼本加密合同實現安全通訊。它以“海森堡不確定性原理”和“未知量子態的不可克隆性”的特點為基礎，開辟了秘鑰分發和保密通訊的方向。目前BB84合同正在向性能穩定、高速成碼、網絡化的產業化方向發展。
3量子通訊的幾種技術簡介
3.1量子訊號的形成技術
量子訊號的形成技術包括糾纏光子訊號的形成技術、單光子訊號的形成技術和連續變量量子訊號的形成技術。用光子晶體光纖形成糾纏的技術，系統有穩定、易于集成的優點，在未來的中短距離量子通訊中，將占主導地位。目前技術上較為成熟的弱相干準單光子源技術被廣泛拿來實現BB84等量子保密通訊合同。壓縮態、糾纏態、相干態形成技術是連續變量量子訊號形成技術，拿來實現連續變量量子通訊合同。
3.2量子訊號的調制技術
在量子通訊中，不同的量子態資源決定了不同的量子訊號調制方法。單光子量子訊號的調制常用偏振光調制、相位調制和頻度調制，連續變量量子訊號的調制常用高斯調制和離散調制。
3.3量子訊號的偵測技術
在量子通訊系統中，接收端中最重要的元件是量子訊號偵測系統。單光子偵測器屬于量子通訊系統中的單光子訊號偵測技術量子傳輸技術，半導體雪崩光電晶閘管單光子偵測器是實際系統中用得比較多的單光子偵測技術。連續變量量子通訊是將信息加載到光場的正交振幅和正交相位上的，它不同于單光子只是一個單純的硬度檢測，而是須要利用一束本地光進行干涉檢測。平衡零拍偵測器是專門進行光場兩正交份量檢測的連續變量體系的偵測技術。
3.4量子中繼技術
因為量子訊號的不可克隆性，量子通訊難以直接采用精典通訊中“恢復――放大”的過程，而非定域的糾纏態是量子通訊的重要資源，借助遠距離分發糾纏粒子之間的非局域性可以實現隱型傳態、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。
3.5量子通訊網路技術
在量子通訊網路中，主要有量子空分交換技術、量午時分交換技術、量子波分交換技術等。量子空分交換是通過改變光量子訊號的數學傳輸通道來實現光量子訊號的交換;量午時分交換是在時間同步的基礎上對光量子訊號進行時分復用而進行的交換;量子波分交換是將光量子訊號經過波分解復用器、波長變換器、波長混頻器、波分復用器而進行的交換。
量子通訊網路有三個功能層面：量子通訊網路管理層、量子通訊控制層和傳輸信道層。由量子通訊控制層進行呼叫聯接處理、信道資源管理和構建路由，從而控制光纖通道構建端到端量子信道，管理層負責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量子通訊的現況和發展趨勢
目前，量子通訊在單光子、量子偵測、量子儲存等關鍵技術已獲得突破和發展，各類量子理論體系日趨健全，量子通訊技術已逐漸步入試點應用階段?，F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，我國也取得了豐碩的成果，在部份領域甚至世界領先，這必定推動我國經濟的快速發展。
2012年初，我國中科教授潘建偉率領的技術團隊，在南京建成了國際上首個規?；墓濣c數達46個的城域量子通訊網路。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，在上海早已投入永久營運，為、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”，它是聯接天津、上海的高可信、可擴充、軍民融合的廣域光纖量子通訊網路，主要舉辦遠距離、大尺度量子保密通訊關鍵驗證、應用和示范。此干線可以實現遠程高清量子保密視頻大會系統和其他多媒體跨越互聯應用，也可以實現金融、政務領域的遠程或同城數據災備系統，金融機構數據采集系統等應用。2016年7月份中國將發射全球首顆量子科學實驗通信衛星，這標志著我國通訊技術的突破性發展，標志著中國同時在軍用通訊領域站在了世界的最前列，然后會相繼發射的更多量子通信衛星，就可以建成全球性的量子通訊網路。正如潘建偉教授所說量子科學實驗衛星的發射，將表明中國正從經典信息技術的追隨者，轉弄成未來信息技術的并跑者、領跑者，量子通訊將會早日走入每位人的生活，如同計算機以前做到的一樣，改變世界。量子通信衛星和“京滬干線”的成功將意味著一個天地一體化的量子通訊網路的產生。
量子通訊與傳統的精典通訊相比，具有極高的安全性和保密性，且時效性高傳輸速率快，沒有電磁幅射，它的這種優點決定了其難以估量的應用前景。通過光纖可以實現城域量子通訊網路，通過中繼器聯接實現城際量子網路，通過衛星中轉實現遠距離量子通訊，最終構成廣域量子通訊網路。未來數年內，量子通訊將會實現大規模應用，精典通訊的硬件設施并不會被完全替代，而是在現有設施的基礎上進行融合。在通訊發送端和接收端安裝單光子偵測器、量子網段等量子加密設備，即可在電話、傳真、光纖網路等原有的通訊網路中實現量子通訊，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，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、商業等領域的信息安全問題。
5結束語
展望量子通訊的前景，未來能否產生天地一體化的全球量子通訊網路，產生完整的量子通訊產業鏈和下一代國家主權信息安全生態系統，建立基于量子通訊安全保障的互聯網。對于通訊維護人員來說，就應當緊隨時代的腳步，推動學習新技術、新知識，以適應科技發展的須要，將所學所知更好地運用于我們的實際工作和生活中。
參考文獻
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