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量子通信(Quantum Teleportation)是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信是20世纪80年代开始发展起来的新型交叉学科,量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。这门学科已逐步从理论走向实验,并向实用化发展。
一、简介
量子通信又称量子隐形传送(Quantum Teleportation),量子通信是由量子态携带信息的通信方式,它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信是一种全新通信方式,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,是未来量子通信网络的核心要素。
量子隐形传送所传输的是量子信息,它是量子通信最基本的过程。人们基于这个过程提出了实现量子因特网的构想。量子因特网是用量子通道来联络许多量子处理器,它可以同时实现量子信息的传输和处理。相比于经典因特网,量子因特网具有安全保密特性,可实现多端的分布计算,有效地降低通信复杂度等一系列优点。
量子通信与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,具有保密性强、大容量、远距离传输等特点,是21世纪国际量子物理和信息科学的研究热点。
二、基本原理
量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理。量子信息学告诉人们,在微观世界里,不论两个粒子间距离多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象叫量子纠缠,这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。科学家认为,这是一种“神奇的力量”,可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。
量子态的隐形传输在没有任何载体的携带下,而只是把一对携带信息的纠缠光子分开来,将其一的光子发送到特定的位置,就能准确推测出另一个光子的状态,从而达到“超时空穿越”的通信方式和“隔空取物”的运输方式。
量子态隐形传输就是远距离传输,是在无比奇特的量子世界里,量子呈现的“纠缠”运动状态。该状态的光子如同有“心电感应”,能使需要传输的量子态“超时空穿越”,在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间出现。事实上,纠缠的两个粒子尽管可以在很远的距离上一个影响另一个,但它们无法传递任何信息。以密钥为例,当双方共享同一套密钥时,并没有发生信息的传递双方无法利用密钥做任何事情,直到加密的文本传来,密钥才有意义传送加密文本的速度仍然不可能超过光速。相对论没有失效。量子通信和传统通信的唯一区别在于,量子通信采用了一种新的密钥生成方式,而且密钥不可能被第三方获取。量子通信并不神奇。
在建立量子态隐形传输的基础上,科学家又叠加上了“后选择”算法,完成了一种新模型(P-CTCs)。“后选择”算法能够确保某一特定类型的量子信息态进行隐形传输,而将其他量子信息过滤掉。只有经“后选择”法认定传输前后能自相一致的量子信息态,才有资格得到这种“通行证”,进行隐形传输。这种情况下,时间旅行成立的先决条件就是一个自治、不产生矛盾的环境状态。它允许回到过去时空,但禁止一切可能在未来导致悖论产生的行为。
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。
按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类:前者主要用于量子密钥的传输,后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。
三、存在问题
有人指出量子密码可能并非想象中的牢不可破。在2008年,就有瑞典林雪平大学学者拉森和挪威科技大学学者马卡罗夫分别指出量子通信体系的漏洞。虽然这些并不是量子密码原理的不完满,而是系统的不适应,却也让人们对未来的量子通信体系留有一些不确定。
而量子力学本身留给人们的不确定性更多。量子纠缠中超越光速的超距作用因违背光速不变原理而难以置信,而量子纠缠的发生机理至今(2012年)仍是未解之谜,量子力学与广义相对论之间的不相容问题列为当代科学所面临的四大难题之首。
四、应用状况
量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用,而且会极大地促进国民经济的发展。自1993年美国研究人员提出量子通信理论,美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究。瑞士、法国等欧美国家也成立公司进行量子通信的商业研发。
欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究,研究项目多达12个。
日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。
2009年,量子政务网、量子通信网相继在中国建成。这两个可投入实际使用的量子通信网络,标志着原本停留在纸面和实验室的量子保密通信,已经开始在人们的日常生活中应用。2011年,中国科学院启动了空间科学战略性先导科技专项,计划在2015年左右发射全球首颗“量子通讯卫星”。中国于2011年10月在青海湖首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。
量子通信技术将给军事通信特别是潜艇通信带来革命性的影响。
参考文献
[1]GJB72A-2002 量子通信技术.
[2]GJB1387A-2005 实用化量子通信系统及其关键技术的研究.
(作者单位:海南三亚92823部队二中队)
一、简介
量子通信又称量子隐形传送(Quantum Teleportation),量子通信是由量子态携带信息的通信方式,它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信是一种全新通信方式,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,是未来量子通信网络的核心要素。
量子隐形传送所传输的是量子信息,它是量子通信最基本的过程。人们基于这个过程提出了实现量子因特网的构想。量子因特网是用量子通道来联络许多量子处理器,它可以同时实现量子信息的传输和处理。相比于经典因特网,量子因特网具有安全保密特性,可实现多端的分布计算,有效地降低通信复杂度等一系列优点。
量子通信与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,具有保密性强、大容量、远距离传输等特点,是21世纪国际量子物理和信息科学的研究热点。
二、基本原理
量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理。量子信息学告诉人们,在微观世界里,不论两个粒子间距离多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象叫量子纠缠,这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。科学家认为,这是一种“神奇的力量”,可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。
量子态的隐形传输在没有任何载体的携带下,而只是把一对携带信息的纠缠光子分开来,将其一的光子发送到特定的位置,就能准确推测出另一个光子的状态,从而达到“超时空穿越”的通信方式和“隔空取物”的运输方式。
量子态隐形传输就是远距离传输,是在无比奇特的量子世界里,量子呈现的“纠缠”运动状态。该状态的光子如同有“心电感应”,能使需要传输的量子态“超时空穿越”,在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间出现。事实上,纠缠的两个粒子尽管可以在很远的距离上一个影响另一个,但它们无法传递任何信息。以密钥为例,当双方共享同一套密钥时,并没有发生信息的传递双方无法利用密钥做任何事情,直到加密的文本传来,密钥才有意义传送加密文本的速度仍然不可能超过光速。相对论没有失效。量子通信和传统通信的唯一区别在于,量子通信采用了一种新的密钥生成方式,而且密钥不可能被第三方获取。量子通信并不神奇。
在建立量子态隐形传输的基础上,科学家又叠加上了“后选择”算法,完成了一种新模型(P-CTCs)。“后选择”算法能够确保某一特定类型的量子信息态进行隐形传输,而将其他量子信息过滤掉。只有经“后选择”法认定传输前后能自相一致的量子信息态,才有资格得到这种“通行证”,进行隐形传输。这种情况下,时间旅行成立的先决条件就是一个自治、不产生矛盾的环境状态。它允许回到过去时空,但禁止一切可能在未来导致悖论产生的行为。
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。
按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类:前者主要用于量子密钥的传输,后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。
三、存在问题
有人指出量子密码可能并非想象中的牢不可破。在2008年,就有瑞典林雪平大学学者拉森和挪威科技大学学者马卡罗夫分别指出量子通信体系的漏洞。虽然这些并不是量子密码原理的不完满,而是系统的不适应,却也让人们对未来的量子通信体系留有一些不确定。
而量子力学本身留给人们的不确定性更多。量子纠缠中超越光速的超距作用因违背光速不变原理而难以置信,而量子纠缠的发生机理至今(2012年)仍是未解之谜,量子力学与广义相对论之间的不相容问题列为当代科学所面临的四大难题之首。
四、应用状况
量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用,而且会极大地促进国民经济的发展。自1993年美国研究人员提出量子通信理论,美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究。瑞士、法国等欧美国家也成立公司进行量子通信的商业研发。
欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究,研究项目多达12个。
日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。
2009年,量子政务网、量子通信网相继在中国建成。这两个可投入实际使用的量子通信网络,标志着原本停留在纸面和实验室的量子保密通信,已经开始在人们的日常生活中应用。2011年,中国科学院启动了空间科学战略性先导科技专项,计划在2015年左右发射全球首颗“量子通讯卫星”。中国于2011年10月在青海湖首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。
量子通信技术将给军事通信特别是潜艇通信带来革命性的影响。
参考文献
[1]GJB72A-2002 量子通信技术.
[2]GJB1387A-2005 实用化量子通信系统及其关键技术的研究.
(作者单位:海南三亚92823部队二中队)