论文——量子通信的原理与应用

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1、量子通信的原理与应用学院自动化学院专业电气工程及其自动化年级班别学号学生姓名指导教师年月日8摘要随着通信技术的飞速发展，通信安全也越发成为人们关心的重点。通信安全不止于个人信息通信，对于国家军事政治通信更是有着重大的意义。如果通信内容遭到他人恶意截获，势必会对通信者造成不可挽回的损失。量子通信在理论上具有无与伦比的安全性，将在不久的将来改变传统加密技术。本文针对量子通信加密技术的原理、性能以及实际应用展开一系列理论论述。关键词：量子通信，产业化，前景8AbstractWiththerapiddevelopmentofqua

2、ntumcommunication,thecommunicationsecurityasanimportantpartofcommunicationhadbecomethekeyproblem.Communicationsecurityisnotonlyinpersonalinformationcommunication,butalsoofgreatsignificancetothenationalmilitaryandpoliticalcommunication.Ifthecontentofthecommunicatio

3、nisinterceptedbyothers,itisboundtocauseirreparablelosstothecommunicator.Quantumcommunicationhasunparalleledsecurityintheory,itwillchangethetraditionalencryptiontechnologyinthenearfuture.Inthispaper,theprinciple,performanceandpracticalapplicationofquantumcommunicat

4、ionencryptiontechnologyarediscussed.Keywords：quantumcommunication，industrialization，prospect81绪论2016年8月16日1时40分，我国成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。墨子号量子卫星的主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。同时，在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。构

5、建空地一体的广域量子通信体系，为率先建成全球化的量子通信网络奠定基础2基础原理在传统通信中，信息不可避免地会遭到受到“拦截-重发”的威胁，尤其是在计算机计算能力不断增强的压力下，传统通信的安全得不到保障。量子通信的是利用信息载体的量子特性，达到在理论上绝对安全的通信技术，原理上包括①测量塌缩理论：除非该量子态本身即为测量算符的本征态，否则对量子态进行测量会导致“波包塌缩”，即测量将会改变最初的量子态。②不确定原理：不能同时精准测量两个非对易物理量。③不可克隆原理：无法对一个未知的量子态进行精确的复制。④单个光子不可再分：不

6、存在半个光子。根据“海森堡测不准原理”，任何测量都无法穷尽量子的所有信息。因此，窃听者想要复制一个完全相同的光子是根本不可能的事情。同时，任何截获或测量量子密钥的操作都会改变量子状态，窃听者只得到无意义的信息，而接受者也可以从量子态的改变，知道存在窃听者。这就是量子通信的安全性的基础【1】。3量子通信的优点3.1量子密码通信安全性能高8由于量子力学的不确定性原理、测量塌缩性原理、不可克隆性原理，使得量子通信具有极强的安全性。量子密码通信中以光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号、相干态光信号以及量子光孤子信号为信息的载体。光子以

7、整体呈现，不可分，在原理上窃听者不可能通过分割光子的方法进行窃听，而截取完整光子又会留下痕迹被发现．这保证量子密码通信绝对安全。3.2量子密码通信在信息传递上效率高量子密码信息传递的效率主要是由量子态的运动频率决定的量子态的运行速率比我们认为传播速度最快的光速快的多。而且光在传播过程中会产生线路滞留的时间，而量子密码信息传递过程中几乎没有．使得量子密码信息通信的传递速度与光速相比大大增加。而电流通信比之光速仍不能及，更不要说与量子密码通信相比了。量子密码通信是在光纤通信技术上发展而来的一种新型的通信方式，具有高效性。3.3

8、传送容量大量子通信的信息载体可携带的信息数量极为庞大，在相向温度下。相同数量的量子信息载体所承载的信息数量远远大于光纤通信栽体携带的信息量．光纤通信是目前认为信息传送容量最多的通信方式．但量子通信信息携带量为光纤通信信息承载量的几十倍。说明与传统的通信方式相比．光纤通信在信息册容量方面具有极大的优势【2