《量子通信技术》word版

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1、量子通信技术(东南大学物理系．1008218)【摘要】量子通信是量子信息中的一个重要分支．而其中最典型的量子通信技术是量子隐形传态和量子密码通信，文章介绍了最近取得较快发展的量子通信技术的历史，量子通信技术的理论框架，同时也涉及了这个领域的实验研究进展．【关键词】量子密码；量子通信；量子隐形传态；量子密码通信TheTechnologyofQuantumcommunication(SoutheastUniversity，10008218)【Abstract】Quantuminformationisanimportantbr

2、anchofquantumcommunication.Themosttypicalquantumcommunicationtechnologyisquantumteleportation,andquantumcryptography,thearticledoesn’tdescribethehistoryandtheoreticalframeworkofthetechnologyofquantumcommunication,butalsoinvolvesexperimentalresearchinthisarea.【Key

3、words】Quantumcryptography;quantumcommunication;quantumteleportation;quantumcryptographyl量子通信发展史1993年，C.H.Bennet提出了量子通信的概念，同年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。

4、经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息，接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。1997年，在奥地利留学的

5、中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。2量子叠加与量子纠缠2.1量子叠加(quantumsuperposition)一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间(常用Hilbert空间来表述)的某种量子态。量子信息处理研究以量子态为信息载体的信息论与技术，量子系统与经典系统的一个最大区别是它可以处于多个不同

6、态的叠加态。经典信息系统以一个位或比特(bit)作为信息单元。从物理角度讲．比特是个两态系统．它可以制备为两个可识别状态中的一个．如是或非，真或假，0或1。在量子信息系统中，常用量子位或量子比特表示信息单元，量子比特是两个逻辑态的叠加态。用量子态来表示信息是量子信息的出发点．有关信息的所有问题都必须采用量子力学理论来处理，信息的演变遵从薛定谔方程．信息的传输为量子态在量子通道中的传送，信息的处理(计算)是量子态的幺正变换，信息的获取则是对量子态实行量子测量．2.2量子纠缠(quantumentanglement)量子纠缠

7、（quantumentanglement），又译量子缠结，是一种量子力学现象，其定义上描述复合系统（具有两个以上的成员系统）之一类特殊的量子态，此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积。具有量子纠缠现象的成员系统们，在此拿两颗以相反方向、同样速率等速运动之电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至冥王星，如此遥远的距离下，它们仍保有特别的关联性，亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现象导致了“鬼魅似的远距作用”之猜疑，仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义相对

8、论中所谓的局域性相违背。这也是当初阿尔伯特·爱因斯坦与同僚玻理斯·波多斯基、纳森·罗森于1935年提出以其姓氏字首为名的爱波罗悖论来质疑量子力学完备性之缘由。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题，并在量子计算和量子通信的研究中起着重要的作用。多体系的量子态的最普遍形式是纠缠态，而能表示成