什么是量子通信量子通信的用途
什么是量子通信量子通信的用途
量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。那么你對量子通信了解多少呢?以下是由學習啦小編整理關(guān)于什么是量子通信的內(nèi)容，希望大家喜歡!
量子通信的簡介
所謂量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。
光量子通信主要基于量子糾纏態(tài)的理論，使用量子隱形傳態(tài)(傳輸)的方式實現(xiàn)信息傳遞。根據(jù)實驗驗證，具有糾纏態(tài)的兩個粒子無論相距多遠，只要一個發(fā)生變化，另外一個也會瞬間發(fā)生變化，利用這個特性實現(xiàn)光量子通信的過程如下：事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個粒子分別放在通信雙方，將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進行聯(lián)合測量(一種操作)，則接收方的粒子瞬間發(fā)生坍塌(變化)，坍塌(變化)為某種狀態(tài)，這個狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌(變化)后的狀態(tài)是對稱的，然后將聯(lián)合測量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方，接收放根據(jù)接收到的信息對坍塌的粒子進行幺正變換(相當于逆轉(zhuǎn)變換)，即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。
經(jīng)典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無法與之相提并論。安全性-量子通信絕不會“泄密”，其一體現(xiàn)在量子加密的密鑰是隨機的，即使被竊取者截獲，也無法得到正確的密鑰，因此無法破解信息;其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態(tài)的2個粒子，其中一個粒子的量子態(tài)發(fā)生變化，另外一方的量子態(tài)就會隨之立刻變化，并且根據(jù)量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會立刻改變量子態(tài)，引起其坍塌，因此竊取者由于干擾而得到的信息已經(jīng)破壞，并非原有信息。高效，被傳輸?shù)奈粗孔討B(tài)在被測量之前會處于糾纏態(tài)，即同時代表多個狀態(tài)，例如一個量子態(tài)可以同時表示0和1兩個數(shù)字， 7個這樣的量子態(tài)就可以同時表示128個狀態(tài)或128個數(shù)字：0~127。光量子通信的這樣一次傳輸，就相當于經(jīng)典通信方式的128次。可以想象如果傳輸帶寬是64位或者更高，那么效率之差將是驚人的2，以及更高。
這里進一步解釋一下量子糾纏。量子糾纏可以用“薛定諤貓”來幫助理解：當把一只貓放到一個放有毒物的盒子中，然后將盒子蓋上，過了一會問這個貓現(xiàn)在是死了，還是活著呢?量子物理學的答案是：它既是死的也是活的。有人會說，打開盒子看一下不就知道了，是的，打開盒子貓是死是活確實就會知道，但是按量子物理的解釋：這種死或者活著的狀態(tài)是人為觀察的結(jié)果，也就是人的宏觀干擾使得貓變成了死的或者活的了，并不是盒子蓋著時的真實狀態(tài)，同樣，微觀粒子在不被“干擾”之前就一直處于“死”和“活”兩種狀態(tài)的疊加，也可以說是它既是“0”也是“1”。
量子通信具有高效率和絕對安全等特點，是此刻國際量子物理和信息科學的研究熱點。追溯量子通信的起源，還得從愛因斯坦的“幽靈”——量子糾纏的實證說起。
量子通信的應用與用途
量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對安全特性，不但在國家安全、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應用價值和前景，而且逐漸走進人們的日常生活。
為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實,從上世紀90年代開始,國內(nèi)外科學家做了大量的研究工作。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學基金會和國防高級研究計劃局都對此項目進行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力于量子通信的研究，研究項目多達12個，日本郵政省把量子通信作為21世紀的戰(zhàn)略項目。我國從上世紀80年代開始從事量子光學領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國科學技術(shù)大學的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績。
2003年,韓國、中國、加拿大等國學者提出了誘騙態(tài)量子密碼理論方案,徹底解決了真實系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下量子通信的安全速率隨距離增加而嚴重下降的問題。
2006年夏,我國中國科學技術(shù)大學教授潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、歐洲慕尼黑大學—維也納大學聯(lián)合研究小組各自獨立實現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時實現(xiàn)了超過100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實驗，由此打開了量子通信走向應用的大門。
2008年底，潘建偉的科研團隊成功研制了基于誘騙態(tài)的光纖量子通信原型系統(tǒng)，在合肥成功組建了世界上首個3節(jié)點鏈狀光量子電話網(wǎng)，成為國際上報道的絕對安全的實用化量子通信網(wǎng)絡實驗研究的兩個團隊之一(另一小組為歐洲聯(lián)合實驗團隊)。
2009年9月，潘建偉的科研團隊正是在3節(jié)點鏈狀光量子電話網(wǎng)的基礎上，建成了世界上首個全通型量子通信網(wǎng)絡，首次實現(xiàn)了實時語音量子保密通信。這一成果在同類產(chǎn)品中位居國際先進水平，標志著中國在城域量子網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達到了產(chǎn)業(yè)化要求。
全通型量子通信網(wǎng)絡是一個5節(jié)點的星型量子通信網(wǎng)絡，克服了量子信號在商用光纖上傳輸?shù)牟环€(wěn)定性是量子保密通信技術(shù)實用化的主要技術(shù)障礙，首次實現(xiàn)了兩兩用戶間同時進行通信，互不影響。該網(wǎng)絡用戶間的距離可達20公里，可以覆蓋一個中型城市;容納了互聯(lián)互通和可信中繼兩種重要的量子通信組網(wǎng)方式，并實現(xiàn)了上級用戶對下級用戶的通信授權(quán)管理。
該成果首次全面展示和檢驗了量子通信系統(tǒng)組網(wǎng)和擴展的能力，標志著大規(guī)模可擴展網(wǎng)絡量子通信技術(shù)的成熟，將量子通信實用化和產(chǎn)業(yè)化進程又向前推進了一大步。據(jù)稱，潘建偉團隊將與中國電子科技集團公司第38研究所等機構(gòu)合作，在合肥市及周邊地區(qū)啟動建設一個40節(jié)點量子通信網(wǎng)絡示范工程，為量子通信的大規(guī)模應用積累工程經(jīng)驗。
看過“量子通信的用途”的人還看了：