量子光学在保密通信中的应用

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1、量子光学在保密通信中的应用目录1.量子密码通信的背景.....................................................................21.1经典密码通信和量子密码通信..................................................21.2量子密码通信的发展现状..........................................................22.单光子密码通信和相干光量子密码通信.....................................32.1单

2、光子密码通信..........................................................................32.2相干光量子密码通信..................................................................53．量子密码系统实现技术..............................................................53.1量子信号.......................................................

3、...............................63.2量子比特制备技术......................................................................63.3量子信号检测系统......................................................................61.量子密码通信的背景1.1经典密码通信和量子密码通信经典密码通信可分为两大类，一类是对称密码系统，一类是非对称密码系统。对称密码系统的加密密钥和解密密钥相同或对称，这种密码体制要求所有的密钥都被严格保

4、密，不得有任何泄漏。非对称密码系统的加密密钥和解密密钥不对称，即由一个密钥可以容易地导出另一个密钥，但是逆过程很难实现。经典密码通信的安全性基于计算的复杂性，但是随一旦量子计算机的研究取得突破，面对与远大于电子计算机的计算速度，经典密码将会受到巨大威胁。和经典密码通信不同，量子密码通信的安全性是由于量子物理的基本特性。基于以下量子力学原理，量子密码通信具有无条件安全性，且可以通过物理方法实现。(1)海森堡测不准原理：由于波动性，在同一时刻微观粒子的位置与动量不能同时以相同的精度测定到确定值，只能精确测定两者之一。(2)量子不可克隆定理：量子系统的任一未知量子态，在不遭破坏的前提下，是不可

5、能被克隆到另一量子体系上的。即在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的。因为要复制单个量子就必须先要作测量，而测量就必然会改变量子的状态。(3)非正交量子态不可区分定理：没有测量能够可靠区分非正交量子态。1.2量子密码通信的发展现状1984年，C.H.Bennett及G.Brassard提出了第一个量子密码通信协议，它以单光子作为信息的载体，被称为BB84协议。2002年7月，Quantique公司宣布已在长达67km的光纤上实现单光子密码通信。该公司在2005于其网上产品目录中列出了两个基于单光子技术的量子密码通信系统。其最远通信距离为100km，检测码率在25km处大于1.5K

6、bit/s，密钥更新率可达100次/s。量子密码通信已从单纯研究逐步走向实际应用。单光子信号太弱，易受干扰及衰减，因此人们一直致力于研究使用有一定强度的相干光来进行量子密码通信。相干光量子密码通信的研究大致可分为两类，一类利用连续变量进行量子密码通信，简称QCV(quantumcontinuousvariables)，另一类为量子噪声密码通信，简称KCQ(keyedcommunicationinquantumnoise)。2.单光子密码通信和相干光量子密码通信2.1单光子密码通信2.1.1量子比特量子比qubit是quantumbit的缩写。它是最简单的量子系统，用一个二维的复数矢量空间

7、来描述它的状态，空间的两个互相正交归一的矢量习惯上记为0及1。态矢量可表示为a0b1，22式中a,b均为复数，满足ab1。22对进行测量，其结果可能是0或1，出现0的概率为a，出现1的概率为b。而一经测量原理的叠加态就被改变了，变为测量结果所处的状态即0或1。任何偷听者，如果要从携带有信息的单光子获取有关信息，一定要测量，必然会在某种程度是改变单光子原来的状态，从而导致量子误码率的异常增加，于是偷听就会被发现。通信双