（赵)浅论量子通信原理和应用前景

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1、浅谈量子通信原理及应用前景物电1203班——赵中立01020304传统通信与量子通信量子通信原理简介量子通信发展现状量子通信的前景与展望目录/contents1传统通信与量子通信新旧对比，颠覆传统传统通讯基于经典物理学原理，目前已经有着非常完善的标准与运作标准。0102基于量子物理理论设想，正走在实践的路上03谁主沉浮？量子通讯PKLOREMIPSUMDOLOR传统通讯古代的烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等，现代的电信等。古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信以电信方式，如电报，电话，快信，短信，E-MAIL等，实现了即时通信。这些通信技术为人类社会的进步发展提供强

2、大助力，可以说没有这些通信方式就不会有今天人类社会的繁荣局面。传统通讯缺陷传统的通信技术包括最原始的诸如烽火等依靠声光传播信息的手段，以及现代各种有线无线通信手段，如光纤，微波通信等等。除开信使与直接会晤这种效率极低下的通信方式外，其余所有的通信方式都无法真正避免通信内容在通信双方不知情的情况下被窃听者获取。实际中人们利用加密的方式传送信息，发送者通过密钥将需要发送的信息转化为密文，接收者再通过密钥将密文转化为可以直接读取的信息。然而这种形式的信息传送也并不安全。首先双方需要分配密钥，传统的信息传送方式除了效率极低的信使或会晤外，都无法避免密钥的泄露。而且几乎所有的密码都存在被破解的可能，

3、因而需要时常更换密码。而现代商业或航天活动中这显然又面临着密钥泄露或密钥难以甚至无法传送的矛盾。通讯安全危机随着现代计算机的计算能力的飞速发展，现在的常用密码体制终究有一天会变得无密可言。解决现在的通信保密难题的途径只有两条，即确保通信内容不被己方不知的情况下被窃听，或是使用Vernam体制密码。然而这些都是传统的通信手段所无法做到的。面对通讯安全危机这一隐形的可怕怪物的步步紧逼，我们人类的未来通讯该何去何从？解决办法——量子通讯目前，量子通信尚无严格的定义。物理上，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。信息学上，我们则认为量子通信是利用量子力学的基本原理（如量子

4、态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等）或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。2量子通信原理简介量子化的未来？1不确定性原理不可能同时精确测量两个非对易的物理量，如量子的坐标和动量。2测量塌缩原理对量子态进行测量会不可避免地使该量子态塌缩到某一个本征态上。3不可克隆定理一个未知的量子态是无法被精确克隆的。量子纠缠态，相互纠缠的两个粒子无论被分离多远，一个粒子状态的变化都会立即使得另一个粒子状态发生相应变化的现象量子通信的安全性源于量子力学的基本原理。量子隐形传态所谓量子隐形传态利用了纠缠态粒子之间的特殊“心灵感应”，即不论相隔多远，只要两个粒

5、子仍然保持着纠缠态，其中一个发生了变化，另一个一定发生相应的变化。1993年，Bennett等来自四个国家的六位科学家演示了第一种量子隐形传态方案，其过程如下：Alice与Bob分别拥有一对纠缠粒子对2,3中的2与3.Alice要向Bob发送消息，Alice对某粒子1的当前状态未知，她将联合测量粒子1与2。因为测量，所以粒子1与2发生了变化，由于2与3是纠缠态粒子，于是3也会发生相应的变化。Alice通过经典信道将测量结果告诉Bob，Bob对3进行一系列操作将能得到粒子1的最初状态。量子隐形传态概率隐形传态在Bennett等人提出的标准量子隐形传态方案中,采用最大纠缠态作为量子通道来传送未

6、知量子态,隐形传态的成功率必定会达到100%,但是在实际中由于量子态和周围环境的耦合是不可避免的,所以,作为量子通道的这些最大纠缠态在制备过程中会受到上述及其它因素的影响而很难得到,最终粒子对处于部分纠缠或非最大纠缠态.因此,运用部分纠缠态作为量子通道就具有很大的实际意义.当以部分纠缠态作为量子通道时实现的是概率隐形传态，概率隐形传态中需要引入一个辅助粒子，其与粒子3一同操作。最终观察辅助粒子的状态，根据它的状态判断传态是否成功。在量子隐形传态中外界根本无法得到有用的信息，因为粒子2,3只在Alice与Bob手中，窃听者从经典信道中获得了信息也完全无法推出有关粒子1的任何有用信息。即窃听者

7、无法获得Alice与Bob之间传递的信息。量子密钥分配前面说到除非经常更换密码或采用Vernam体制密码，否则无法保证密钥的安全。经常更换密码则会在信道中泄露密钥。量子密钥分配正是通过确保密钥在传递过程中的安全性实现彻底安全的通信。1984年，来自IBM研究组的Bennett与加拿大蒙特立尔大学的Brassard一起提出了第一个实用性的量子密码通信协议一BB84协议1991年，牛津大学的Ekert提出了E91协议，即EP