量子是最小的、不可再分割的能量單位。在微觀世界里,有共同來源的兩個(gè)量子之間存在著“糾纏”關(guān)系,無論兩者相距多遠(yuǎn),只要其中一個(gè)量子狀態(tài)發(fā)生變化,另一個(gè)量子能夠立刻“感應(yīng)”,并作出相應(yīng)變化。在量子糾纏理論的基礎(chǔ)上,1993年,意大利科學(xué)家提出了量子通訊()的概念。
量子通訊分為廣義量子通訊和狹義量子通訊兩個(gè)層面。廣義量子通訊是基于量子熱學(xué)的基本原理,使用微觀粒子做載體,通過“量子糾纏效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)精典通訊未能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。主要涉及:量子保密通訊、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。通常所指的量子通訊,主要指的是狹義量子通訊,稱為量子保密通訊,或則稱為量子秘鑰分配(on,QKD),其希望解決的是通訊的安全性問題,并非替代傳統(tǒng)通訊技術(shù)。
廣義量子通訊是指借助量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通信方法。量子通訊主要包含:量子密碼通訊、量子態(tài)隱型傳輸和量子密集編碼等,已逐漸從理論邁向?qū)嶒?yàn),并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日漸遭到關(guān)注。
量子糾纏態(tài)
光量子通訊主要基于量子糾纏態(tài)的理論,使用量子隱型傳態(tài)(傳輸)的形式實(shí)現(xiàn)信息傳遞。按照實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,具有糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子無論相距多遠(yuǎn),只要一個(gè)發(fā)生變化,另外一個(gè)也會頓時(shí)發(fā)生變化,借助這個(gè)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光量子通訊的過程如下:事先建立一對具有糾纏態(tài)的粒子鍺與量子通訊,將兩個(gè)粒子分別置于通訊雙方,將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合檢測(一種操作),則接收方的粒子頓時(shí)發(fā)生滑坡(變化),滑坡(變化)為某種狀態(tài),這個(gè)狀態(tài)與發(fā)送方的粒子倒塌(變化)后的狀態(tài)是對稱的,之后將聯(lián)合檢測的信息通過精典信道傳送給接收方,接收放按照接收到的信息對倒塌的粒子進(jìn)行幺正變換(相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換)鍺與量子通訊,即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。
量子通訊的傳輸信道