第六代光纤通信系统———量子光纤通信

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1、第42卷，第11期Vol.42,No.11激光与光电子学进展2005年11月Nov.2005信息第六代光纤通信系统———量子光纤通信光学赵义红李正文刘永智何其四(成都理工大学信息工程学院，成都610059)摘要光具有波粒二重性。现有的光通信系统只基于光信号的波动性。在量子光通信的分析基础上，提出了基于粒子性的第六代光通信系统———量子光纤通信系统，并提出了一种新的量子高速调制方式———利用光孤子调制量子态。关键词孤子量子纠缠态量子通信SixthGenerationOpticalCommunica

2、tion———QuantumCommunicationZHAOYihongLIZhengwenLIUYongzhiHEQisi(InformationEngineeringCollege,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059)AbstractWave-corpuscledualityisthepropertyoflight.However,thepresentopticalcommunicationsystemsareallbasedonthep

3、ropertyofwave.Thethesisproposesthesixthgenerationopticalcommunicationsystem--quantumopticalcommunication,andanewmethodofmodulation--solitonmodulatingquantumstate.Keywordssolitonquantumentangledstatesquantumcommunition1引言在多子系量子体系中存在一并辅助以经典通信把一个量子态些不可分

4、离的态即纠缠态。纠缠态从一个地方传递到另一个地方。量量子信息科学是最近几年迅揭示了量子力学的非局域性并在子隐形传态是构成各量子通信任速发展起来的新兴学科，它是量子量子信息学中占据根本性的地位。务的基本模型，只要有纠缠信道和力学和信息科学相结合的产物，它在量子信息学中应用最为广泛的经典通信信道，隐形传态可以完成的最大特色是以量子态作为信息就是被称为Bell基的一组最大纠绝大部分量子通信任务。载体。由于量子力学的规律不同于缠态：在信息传输中，信道总不是完经典物理学，导致了量子信息过程+1美无缺的，如

5、存在能量损耗，再加带有许多经典信息过程所不具备

6、f〉=(

7、00〉+

8、11〉)姨2上其它各种外界干扰，不可避免地的特征。

9、f-〉=1(

10、00〉-

11、11〉)导致传输质量下降。经典通信中对2量子通信分析姨2付这一问题的手段主要是通过中在经典通信中，信息单元为比

12、y+〉=1(

13、01〉+

14、10〉)继加以放大和恢复，尤其是数字化姨2通信，抗干扰能力尤为显著。但是特，其载体有0，1两个状态。与此-1

15、y〉=(

16、01〉-

17、10〉)这些方法在量子通信中行不通，因类似，量子通信中通信量的衡量以姨2为量子通信需要的是

18、一个特殊的量子比特为基本单位。一个量子比前三个为三重态，后一个为单态，信道———纠缠，而在量子力学中纠特就是一个两态量子体系所携带又称EPR（Einstein-Podolsky-缠态是不可以局域产生的；更为甚的信息。一个两态量子体系其状态Posen）态。者，在建立异地纠缠的过程中，量在数学上可以表示为a

19、0〉+b

20、1〉，这量子通信中最基本的原型就子态的消相干随着距离的增加呈样的系统在物理学中有二能级原是量子隐形传态，它应用纠缠EPR指数增长是不可避免的。子，自选1/2粒子，光子的偏振等。态作为信

21、道，通过局域Bell基测量类似经典的中继技术，Briegel收稿日期:2005-03-18；收到修改稿日期:2004-06-28基金项目:国家自然科学基金项目(10404039)资助项目。作者简介:赵义红（1973-），女，汉族，博士，主要从事数字信号处理和光通信方面的研究。E-mail：zyh@cdut.edu.cn.45第42卷，第11期Vol.42,No.11激光与光电子学进展2005年11月Nov.2005等提出了量子中继理论，即分段建器，要求DN寅0；2）能进行超高速调效率Pm=1.4

22、4hn/KT。式中，K为玻立纠缠信道，然后用纠缠交换的方制的调制器；3）量子无破坏检测技术。耳兹曼常数，K=1.38伊10-23。T为系法把它们连接起来。假设分成N3.1量子光通信的特点统温度，在常温下，T=300K（室段，分段建立纠缠所需的光子数目光的量子性特点：光子能量为温），n=3伊1014的量子通信的信息为Nexp(-l/Nl0)，如果N比较大，E=hn，h为普朗克常数，n为光子频效率可计算得Pm=69（比特/光子）。就直接抑制了所需光子数目的指率。光子的质量m=hn/c，c为光速。3.