量子通信演讲PPT(PPT41页)
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量子通信基础五章节-精选.ppt
4 2021/1/8
1, 基于光学节点的QKD网络
最早出现的QKD网络实验就是利用光学节点实现的，其结构如图5-
1所示。
实验中采用光分束器实现Alice和N个Bob之间的量子密钥分发。Alice发
出的光子被随机地分配到接收端的任意一个Bob，每次只能分发一个光子
给一个用户。发送的光子经过分束器时会有1/N的概率达到某个特定的Bob
Alice
Bob2
进行量子通信，必须依靠Alice中转密钥。
Bobn
图5-1 光学分束器构成的QKD网络结构图
5 2021/1/8
1, 基于光学节点的QKD网络
随后出现了许多此网络的改进型网络，例如，基于WDM的树形量子 密钥分配网络、基于光纤布拉格光栅(FBG， Fiber Bragg Grating)的总线型 量子密钥分配网络、基于光分插复用(OADM, Optical Add/Drop Multiplexer) 的总线型量子密钥分配网络、以及基于Sagnac干涉仪的环形量子密钥分配 网络。
量子通信基础
第五章 量子通信网
杨伯君
1 2021/1/8
量子通信网
从我们介绍的内容来看，在目前有应用前景的是量子密鈅分发，因此 量子通信网实际介绍的是量子密鈅分发网.
点对点的量子密钥分发的理论和实验，已经取得了很大发展。已开始 投入市场，国际上至少有三家公司出卖QKD的设备。但是，现在的 通信网络十分庞大，错综复杂，因此点对点的量子密钥分发根本不能满 足人们对通信的需求。所以量子密钥分发必须由单独的点对点传输发展 成为量子密钥分发网络才能够在实际通信系统中得到广泛的应用。
据新华社报导：2019年3月30日全球首个规模化量子通信网在合肥建成 ，并通过省科委的验收。该网有46个节点，花费6000多万元，用光纤 1700km，通过6个接入交换和集控站连接40组“量子”电话用户和16组“量
1, 基于光学节点的QKD网络
最早出现的QKD网络实验就是利用光学节点实现的，其结构如图5-
1所示。
实验中采用光分束器实现Alice和N个Bob之间的量子密钥分发。Alice发
出的光子被随机地分配到接收端的任意一个Bob，每次只能分发一个光子
给一个用户。发送的光子经过分束器时会有1/N的概率达到某个特定的Bob
Alice
Bob2
进行量子通信，必须依靠Alice中转密钥。
Bobn
图5-1 光学分束器构成的QKD网络结构图
5 2021/1/8
1, 基于光学节点的QKD网络
随后出现了许多此网络的改进型网络，例如，基于WDM的树形量子 密钥分配网络、基于光纤布拉格光栅(FBG， Fiber Bragg Grating)的总线型 量子密钥分配网络、基于光分插复用(OADM, Optical Add/Drop Multiplexer) 的总线型量子密钥分配网络、以及基于Sagnac干涉仪的环形量子密钥分配 网络。
量子通信基础
第五章 量子通信网
杨伯君
1 2021/1/8
量子通信网
从我们介绍的内容来看，在目前有应用前景的是量子密鈅分发，因此 量子通信网实际介绍的是量子密鈅分发网.
点对点的量子密钥分发的理论和实验，已经取得了很大发展。已开始 投入市场，国际上至少有三家公司出卖QKD的设备。但是，现在的 通信网络十分庞大，错综复杂，因此点对点的量子密钥分发根本不能满 足人们对通信的需求。所以量子密钥分发必须由单独的点对点传输发展 成为量子密钥分发网络才能够在实际通信系统中得到广泛的应用。
据新华社报导：2019年3月30日全球首个规模化量子通信网在合肥建成 ，并通过省科委的验收。该网有46个节点，花费6000多万元，用光纤 1700km，通过6个接入交换和集控站连接40组“量子”电话用户和16组“量
第1讲 量子通信概述ppt课件
9
量子通信，量子计算机，量子模拟，量子度量学
10
量子力学
量子力学是20世纪自然科 学发展的台柱之一。但是， 自量子力学诞生以来，科 学界关于量子力学基本问 题一直进行着激烈的争论。
11
争论焦点： 自然界是否确实按量子力学的规律运行？ 经典力学：宏观物质的运动规律
量子力学：微观粒子的运动规律 自然界的运动规律
27
1.3 量子通信发展现状与展望
量子通信发展现状 量子通信发展展望
28
量子通信发展现状
自从1984年BB84协议出现后，各种协议不 断被提了出来，除了单光子脉冲的偏振自 由度、相位、时间、频率自由度也被挖掘 了出来，从而派生出了各种不同的实现方 法。制备-测量型量子通信系统基于单光子， 传输信道为单模光纤或自由空间。
30
量子通信发展展望
量子通信系统将由专网走向公众网络 ，目 前大多数实验量子通信系统均是针对专门 的应用，对量子信号的传输需要单独采用 一根光纤，这样的话一方面成本较高，另 一方面应用范围受限。为了将量子通信推 广使用，如何利用现有的光纤网络同时传 输量子信号与数据信号，克服强光信号对 单光子信号的影响，是最近实验和研究的 热门课题，已经有了实际的实验结果 。
的发展都离不开它。
并且派生出了许多新的学科。
量子场论 量子光学
量子电动力学
量子信息学
量子化学
量子电子学 ……
8
三、量子通信技术
通信安全
对于通信而言，迅捷再加上安全是关键。
对于目前电子信息时代，就地球范 围而言，通讯的即时性不成问题，而未 来距离遥远的星际通信就力有不逮。另 一方面自2013年斯诺登“棱镜门”事件 以来，给人们敲响了警钟，信息安全像 窗户纸一样脆弱。
量子通信，量子计算机，量子模拟，量子度量学
10
量子力学
量子力学是20世纪自然科 学发展的台柱之一。但是， 自量子力学诞生以来，科 学界关于量子力学基本问 题一直进行着激烈的争论。
11
争论焦点： 自然界是否确实按量子力学的规律运行？ 经典力学：宏观物质的运动规律
量子力学：微观粒子的运动规律 自然界的运动规律
27
1.3 量子通信发展现状与展望
量子通信发展现状 量子通信发展展望
28
量子通信发展现状
自从1984年BB84协议出现后，各种协议不 断被提了出来，除了单光子脉冲的偏振自 由度、相位、时间、频率自由度也被挖掘 了出来，从而派生出了各种不同的实现方 法。制备-测量型量子通信系统基于单光子， 传输信道为单模光纤或自由空间。
30
量子通信发展展望
量子通信系统将由专网走向公众网络 ，目 前大多数实验量子通信系统均是针对专门 的应用，对量子信号的传输需要单独采用 一根光纤，这样的话一方面成本较高，另 一方面应用范围受限。为了将量子通信推 广使用，如何利用现有的光纤网络同时传 输量子信号与数据信号，克服强光信号对 单光子信号的影响，是最近实验和研究的 热门课题，已经有了实际的实验结果 。
的发展都离不开它。
并且派生出了许多新的学科。
量子场论 量子光学
量子电动力学
量子信息学
量子化学
量子电子学 ……
8
三、量子通信技术
通信安全
对于通信而言，迅捷再加上安全是关键。
对于目前电子信息时代，就地球范 围而言，通讯的即时性不成问题，而未 来距离遥远的星际通信就力有不逮。另 一方面自2013年斯诺登“棱镜门”事件 以来，给人们敲响了警钟，信息安全像 窗户纸一样脆弱。
量子通信演讲PPT
2020/4/6
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
粒子3
Bob
EPR Source
① Alice拥有一个粒子1处于未知态，其可以表示为
1 （ 2 2 1）,和表示要送的量子信息
② 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.
3c 1 0 3d
2020/4/6
Information Encoding and Decoding
R x R R x R .........
Alice EPR1: .........
Bob EPR2: .........
Information: 0 1 1 0 ...............
2020/4/6
Heisenberg 的测不准原理
由测不准原理可知, 对任何一个物理量的测 量都不可避免地对另一物理量产生干扰。 这 就使得通信双方能够检测到信息是否被窃听, 这一性质使通信双方无须事先交换密钥即可 进行绝密通信。 量子加密学为人们提供了一 种无条件安全的希望，并且不象一次一密的 密钥, 任何窃听量子密钥交换和拷贝密钥的 人不可能不被检测到。
2020/4/6
量子不可克隆定理
Wootters 和 Zurek 曾于1982 年在《自然》杂志 上撰文提出了如下问题: 是否存在一种物理过程, 实现对一个未知量子态的精确复制, 使得每个复制 态与初始量子态完全相同呢？Wootters 和 Zurek 证明, 量子力学的线性特性禁止这样的复制, 这就 是量子不可复制定理的最初表述。
2020/4/6
• 玻尔和爱因斯坦的争论
• 经典理论：条件定，结果唯一 • 量子理论：条件定，结果不唯一
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
粒子3
Bob
EPR Source
① Alice拥有一个粒子1处于未知态，其可以表示为
1 （ 2 2 1）,和表示要送的量子信息
② 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.
3c 1 0 3d
2020/4/6
Information Encoding and Decoding
R x R R x R .........
Alice EPR1: .........
Bob EPR2: .........
Information: 0 1 1 0 ...............
2020/4/6
Heisenberg 的测不准原理
由测不准原理可知, 对任何一个物理量的测 量都不可避免地对另一物理量产生干扰。 这 就使得通信双方能够检测到信息是否被窃听, 这一性质使通信双方无须事先交换密钥即可 进行绝密通信。 量子加密学为人们提供了一 种无条件安全的希望，并且不象一次一密的 密钥, 任何窃听量子密钥交换和拷贝密钥的 人不可能不被检测到。
2020/4/6
量子不可克隆定理
Wootters 和 Zurek 曾于1982 年在《自然》杂志 上撰文提出了如下问题: 是否存在一种物理过程, 实现对一个未知量子态的精确复制, 使得每个复制 态与初始量子态完全相同呢？Wootters 和 Zurek 证明, 量子力学的线性特性禁止这样的复制, 这就 是量子不可复制定理的最初表述。
2020/4/6
• 玻尔和爱因斯坦的争论
• 经典理论：条件定，结果唯一 • 量子理论：条件定，结果不唯一
量子通信ppt
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QUANTUM COMMUNICATION TECHNOLOGY
量子信息技术及应用简介
01 技术原理简介 02 应用特点难点 03 发展方向用途 04 国际应用现状
Part 01
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QUANTUM COMMUNICATION TECHNOLOGY
量子信息技术及应用简介
01 技术原理简介 02 应用特点难点 03 发展方向用途 04 国际应用现状
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量子通信PPT概况
15/17
10.量子通信的应用
在网络信息安全威胁日益严峻的大背景下， 量子通信作为能够在物理层提供无法被窃听和破 解的绝对安全信息传输的通信技术手段，对于网 络安全和国家安全的战略意义不言而喻。
同时随着量子通信技术的发展，量子通信必 将作为常规通讯手段，走入寻常百姓家。
16/17
Thank you!
2.1993提出量子隐形传送的方案
基本思想：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。
经典信息:发送者对原物进行某 种测量而获得的。 量子信息:发送者在测量中未提 取的其余信息。
13/17
9.中国贡献
3.1997年潘建伟与荷兰学者波密斯特等人首次实现了未知量子态 的远程传输。 4.中科大潘建伟教授及其同事，首次实现了具有存储和 读出功能的纠缠交换，实现了“量子中继器”，向量 子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。 5.2010年，中国科技大学和清华大学的自由 空间量子通信实验将通信距离从数百米记 录一步跨越到16公里。 6.2012.08.09，中国科技大学的研究人员再 次创造了新纪录，将通信距离扩大到了97 公里，横跨中国的一个湖泊。
17/17
量子通信
电信工（1）班 秦善达 方诚
1/17
1、量子通信的起源
爱斯派克特和他的小组成功地完成了 1982年，法国物理学家艾伦· 一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在。
在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学C.H.Bennett提出 了量子通信（Quantum Teleportation）的概念。
10/17
7.量子通信传输的信息
经 典 信 息
用于 量子密钥的传输 但是，量子力学的不确定性原理 不允许精确地提取原物的全部信 息，这个复制品不可能是完美的。 因此长期以来，隐形传送不过是 一种幻想而已 幻想 所谓隐形传送指的是脱离实物的一 种“完全”的信息传送。从物理学 角度，可以这样来想象隐形传送的 过程：先提取原物的所有信息，然 后将这些信息传送到接收地点，接 收者依据这些信息，选取与构成原 物完全相同的基本单元，制造出原 11/17 物完美的复制品。 量 子 信 息 用于
10.量子通信的应用
在网络信息安全威胁日益严峻的大背景下， 量子通信作为能够在物理层提供无法被窃听和破 解的绝对安全信息传输的通信技术手段，对于网 络安全和国家安全的战略意义不言而喻。
同时随着量子通信技术的发展，量子通信必 将作为常规通讯手段，走入寻常百姓家。
16/17
Thank you!
2.1993提出量子隐形传送的方案
基本思想：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。
经典信息:发送者对原物进行某 种测量而获得的。 量子信息:发送者在测量中未提 取的其余信息。
13/17
9.中国贡献
3.1997年潘建伟与荷兰学者波密斯特等人首次实现了未知量子态 的远程传输。 4.中科大潘建伟教授及其同事，首次实现了具有存储和 读出功能的纠缠交换，实现了“量子中继器”，向量 子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。 5.2010年，中国科技大学和清华大学的自由 空间量子通信实验将通信距离从数百米记 录一步跨越到16公里。 6.2012.08.09，中国科技大学的研究人员再 次创造了新纪录，将通信距离扩大到了97 公里，横跨中国的一个湖泊。
17/17
量子通信
电信工（1）班 秦善达 方诚
1/17
1、量子通信的起源
爱斯派克特和他的小组成功地完成了 1982年，法国物理学家艾伦· 一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在。
在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学C.H.Bennett提出 了量子通信（Quantum Teleportation）的概念。
10/17
7.量子通信传输的信息
经 典 信 息
用于 量子密钥的传输 但是，量子力学的不确定性原理 不允许精确地提取原物的全部信 息，这个复制品不可能是完美的。 因此长期以来，隐形传送不过是 一种幻想而已 幻想 所谓隐形传送指的是脱离实物的一 种“完全”的信息传送。从物理学 角度，可以这样来想象隐形传送的 过程：先提取原物的所有信息，然 后将这些信息传送到接收地点，接 收者依据这些信息，选取与构成原 物完全相同的基本单元，制造出原 11/17 物完美的复制品。 量 子 信 息 用于
量子通信PPT
特性：充满整个空间，遵从经典电磁 场理论。
微观粒子
特点：同时具有粒子性和波动性。
C B A
A,B,C,…为探测器
设想空间中有一个微观粒子， 任何时刻有可能在空间中任何点探 测到粒子（类似经典波的特性）， 但一旦探测到只能在其中一个探测 器处发现该粒子（类似经典粒子的 特性）。
●经典粒子在某个时刻只能处于确定的
量子特性应用到信息领域 中可以发挥出独特的功能，在 提高运算速度、确保信息安全、 增大信息容量等方面可以突破 现有的经典信息系统的极限。
科普【量子通信】4_标清_clip(1).flv
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。
B.EPR佯谬
B A
EPR佯谬
EPR粒子对
EPR效应：非局域性是量子力学的基
本性质。 纠缠态
c.量子态的非克隆性 （Non-Cloning）
定理：由于量子力学的态 叠加原理，量子系统的任 意未知量子态，不可能在 不遭破坏的前提下，以确 定成功的概率被克隆到另 一个量子体系上。
设
为二维空间任意量子态
普朗克 1900年 辐射量子假说
爱因斯坦 1905年 光量子
玻尔 1913年 原子的量子理论
德布罗意 1923年 物质波
海森堡 1925年 矩阵力学
薛定谔 1926年 量子波动力学
狄拉克 20世纪30年代 量子场论
经典粒子
特性：每时刻的位置、速度完全确定， 有确定的运行轨迹，遵从牛顿力学。
经典的波
物理状态上；
●量子粒子则可以同时处于各种可能的物
理状态上（叠加态）。
A.“薛定谔猫” ——
宏观量子叠加态
微观粒子
特点：同时具有粒子性和波动性。
C B A
A,B,C,…为探测器
设想空间中有一个微观粒子， 任何时刻有可能在空间中任何点探 测到粒子（类似经典波的特性）， 但一旦探测到只能在其中一个探测 器处发现该粒子（类似经典粒子的 特性）。
●经典粒子在某个时刻只能处于确定的
量子特性应用到信息领域 中可以发挥出独特的功能，在 提高运算速度、确保信息安全、 增大信息容量等方面可以突破 现有的经典信息系统的极限。
科普【量子通信】4_标清_clip(1).flv
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。
B.EPR佯谬
B A
EPR佯谬
EPR粒子对
EPR效应：非局域性是量子力学的基
本性质。 纠缠态
c.量子态的非克隆性 （Non-Cloning）
定理：由于量子力学的态 叠加原理，量子系统的任 意未知量子态，不可能在 不遭破坏的前提下，以确 定成功的概率被克隆到另 一个量子体系上。
设
为二维空间任意量子态
普朗克 1900年 辐射量子假说
爱因斯坦 1905年 光量子
玻尔 1913年 原子的量子理论
德布罗意 1923年 物质波
海森堡 1925年 矩阵力学
薛定谔 1926年 量子波动力学
狄拉克 20世纪30年代 量子场论
经典粒子
特性：每时刻的位置、速度完全确定， 有确定的运行轨迹，遵从牛顿力学。
经典的波
物理状态上；
●量子粒子则可以同时处于各种可能的物
理状态上（叠加态）。
A.“薛定谔猫” ——
宏观量子叠加态
量子通信技术量子纠缠科技专题讲授PPT课件
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。 窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
量子通信
唯一被严格数学证明的
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
绝对安全，
其核也就是通过量子密钥分发，
实现相距遥远的
通信双方共享绝对安全的
鱼子密钥。
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
Quantum Communication
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
唯一被严格数学证明的
窗外的雨渐渐的放慢了脚步，节奏越 来越缓 慢。我 其实是 不太喜 欢下雨 的，因 为我觉 得雨会 影响我 心情， 而阳光 会让我 的心感 到明朗 。
绝对安全，
其核也就是通过量子密钥分发，
实现相距遥远的
量子通信PPT
幻想
6.研究突破
1.1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念; 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。
2.1993提出量子隐形传送的方案
基本思想：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。
8.爱因斯坦无法解释的现象
量爱 子因 通斯 信坦 的都 魅无 瑞士电信公司在实验中发现，任何隐藏信号从此接收站传送 力法 之解 到彼接收站，仅仅需要一百万兆分之一秒。这一传输速率保 处释 证了接收站能够准确地检测到光子。由此可以推测任何未知 。的 信号的传输速率至少是光速的10000倍。 奇 怪 行 这种现象也许只有通过量子物理学来解释。 为 ， 正 量子物理学认为，任何事物之间都可能存着某种特定的联系。 是 发生于某一物体之上的事件，可能同时对其他物体也会产生影 量 响。这种现象称为“量子纠缠”。不管物体之间的距离有多远， 子 同样存在“量子纠缠”的关系。 物 理 学 而爱因斯坦不仅不接受“量子纠缠”的思想，并且还坚持认为 和 不可能存在比光速还要快的信号，任何比光速快的“鬼魅似的 远距作用”都是不可思议的。
比光速还快！！！
这是由量子力学理论决定的。
3、量子通信研究什么?
量子通信主要涉及： 量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码
简单地说，就是利用量子力 学原理中的量子纠缠传输信 息
实验室
4、工作过程是什么？
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。
量子态发生器
量子通道
量子测量装置
4、工作过程是什么？
最后，甲将测量结果（即获得那一个 B ell 态）经由经典通道传递给乙，乙手头的纠缠粒子 C会因甲的测量坍缩到相应的量子态上，于是乙在 获知甲的测量结果之后，对粒子 C做相应的操作， 便可以使粒子 C处在与粒子 A原先未知量子态完 全相同的量子态上，这就完成了粒子 A的未知量 子态的量子隐形传送，此时量子信息的载体是粒 子 C，在这过程中甲和乙都不知道他们所传送的 量子比特是什么。
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C 10 C 21 , C 1 ,C 2 为 任 意 复 数 ,
C12C221(叠 加 态 )
注：ψ psi psai 普西
一点说明
信息一旦量子化, 量子力学的特性便成为量 子信息的物理基础, 这主要有量子纠缠、量 子不可克隆、量子叠加性和相干性。因为量 子力学的线性特性禁止对任意量子态实行精 确的复制, 量子不可克隆定理和Heisenberg 测不准原理构成了量子密码学的物理基础。
下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，ห้องสมุดไป่ตู้猫必死无疑。
这个残忍的装置由薛定谔所设计，所以雌猫便叫做薛定谔猫。
薛定谔的猫是死是活？
体系的总体波函数代表 猫既活又死的混合状态。 这以常识而论是荒谬的， 猫似当非死即活。
2020/11/13
t 12活死
对于这只猫的多世界解释
• 这只猫即是死的又是活的。只是分别在不同的世界中，在 观测者打开盒子的那一刹那，整个世界分裂成两个，在一 个世界里观测者看到的那只猫活了下来，在另一个世界里， 观测者看到的那只猫不幸死去。除此之外的世界完全一样。
量子通信
2020/11/13
一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片
2020/11/13
几乎可以肯定，世界上没有第二张照片，能像 这张一样，在一幅画面内集中了如此之多的、 水平如此之高的人类精英~~
这是1927年在布鲁塞尔举行的第五届索尔维会 议上的照片。在这次会议上，爱因斯坦和玻尔 这两个当时世界上最顶尖的物理学家，进行了 科学史上著名的学术辩论。在这次辩论中，玻 尔所代表的新生量子论学派获得了更广泛的支 持，而维护经典理论的爱因斯坦则被认为不合 时宜，站到了对立面。
• 可见，现在我们在座的每个人能坐在这里并结下 深厚的友谊是经过多少次的宇宙分裂得来的，所 以大家要珍惜现在生活，感恩生命的伟大！
2020/11/13
由量子力学到量子信息
量子特性应用到信息领域中可以发挥 出独特的功能，在提高运算速度、确保信 息安全、增大信息容量等方面可以突破现 有的经典信息系统的极限，于是诞生了一 门新兴的交叉学科：
2020/11/13
量子信息与经典信息的根本区别
经典信息
二进制0或1组成的数字串，其信息 单元称为“比特”，为0或者1。
用量子的语言可描述为态 0 和 1 。 经典粒子只能处在 0 或 1 之中的一个态 上。
量子信息
2020/11/13
微观粒子允许同时处在 0 和 1 两个 态上，这是其波粒二象性的结果。
2020/11/13
Heisenberg 的测不准原理
由测不准原理可知, 对任何一个物理量的测 量都不可避免地对另一物理量产生干扰。 这 就使得通信双方能够检测到信息是否被窃听, 这一性质使通信双方无须事先交换密钥即可 进行绝密通信。 量子加密学为人们提供了一 种无条件安全的希望，并且不象一次一密的 密钥, 任何窃听量子密钥交换和拷贝密钥的 人不可能不被检测到。
2020/11/13
• 玻尔和爱因斯坦的争论
• 经典理论：条件定，结果唯一 • 量子理论：条件定，结果不唯一
• 爱因斯坦：上帝不掷骰子！爱因斯坦在
纪念牛顿逝世200周年时说过：“牛顿理论的 精髓可能会给我们提供力量，去恢复物理现实 与牛顿教诲中最深奥的特点——严格的因果 律——之间的和谐。”（不满非决定论基础） 最后一位经典物理学家
• 解释：没有测量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各 种可能性的混合叠加状态。
• 电影《 Source Code 》
2020/11/13
量子力学对我们生活的启示
• 在最宏大的视野里，宇宙中运行着的星球的角落 里所发生的细微的量子过程，将宇宙一次次的分 裂。因而，地球连同我们被一次次的复制，数目 巨大到难以想象的宇宙的不同版本在同时上演。 在我们每一次的选择中，宇宙被分裂成几个世界， 因而你的不同版本的生命形态在同时上演，可见 我们每个人的生命都是丰富多彩的~~
• 后来，霍金针对爱因斯坦“上帝不掷
骰子”的名言说：“上帝不只是掷骰 子，还把骰子掷到我们看不到的地方!”
2020/11/13
令“科学如此性感”的量子力学
• 量子力学是20世纪初才诞生的，是近代物理学两 大支柱之一。
= 经典力学：宏观物质的运动规律 = 量子力学：微观粒子的运动规律
——自然界的运动规律。 = 量子力学的基本规律是统计规律，而经典物理的基本
刻有可能在空间中任何点探测到粒子（类
似经典波的特性），但一旦探测到只能在
其中一个探测器处发现该粒子（类似经典
粒子的特性）。
C
B
A
2020/11/13
A,B,C,…为探测器
经典粒子在某个时刻只能处于确定的物理状 态上，经典比特：0、1； 量子粒子则可以同时处于各种可能的物理状 态上（叠加态）（dirac） |0＞，|1＞ 。 因此由于，量子粒子拥有不确定性，在量子 力学中微观粒子的状态用波函数描述。
2020/11/13
薛定谔猫—宏观量子叠加态（解决爱因 斯坦祖母悖论）
•
薛定谔于1935年设计了“杀猫实验”。这个猫十分可
怜，她（假设这是一只雌性的猫，以引起更多怜悯）
被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤
子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。
如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落
规律是决定论、严格的因果律。
玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到 困惑，那他一定没听懂。”
2020/11/13
经典粒子 • 特性：每时刻的位置、速度完全确定，有
确定的运行轨迹，遵从牛顿力学。
2020/11/13
微观粒子
• 特点：同时具有粒子性和波动性。(不确定)
•
设想空间中有一个微观粒子，任何时
2020/11/13
量子信息科学
——它是量子物理与信息科学相结合的产物。
量
量
子
子
通
密
信
码
2020/11/13
什么是量子通信？
我们可以通过类比来了解它的意义： • 电子通信：通过电信号的参数传送信息 • 量子通信：由量子态携带信息 • 量子通信系统的基本部件 量子态发生器、量子通道和量子测量装置。
2020/11/13
量子不可克隆定理
Wootters 和 Zurek 曾于1982 年在《自然》杂志 上撰文提出了如下问题: 是否存在一种物理过程, 实现对一个未知量子态的精确复制, 使得每个复制 态与初始量子态完全相同呢？Wootters 和 Zurek 证明, 量子力学的线性特性禁止这样的复制, 这就 是量子不可复制定理的最初表述。
C12C221(叠 加 态 )
注：ψ psi psai 普西
一点说明
信息一旦量子化, 量子力学的特性便成为量 子信息的物理基础, 这主要有量子纠缠、量 子不可克隆、量子叠加性和相干性。因为量 子力学的线性特性禁止对任意量子态实行精 确的复制, 量子不可克隆定理和Heisenberg 测不准原理构成了量子密码学的物理基础。
下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，ห้องสมุดไป่ตู้猫必死无疑。
这个残忍的装置由薛定谔所设计，所以雌猫便叫做薛定谔猫。
薛定谔的猫是死是活？
体系的总体波函数代表 猫既活又死的混合状态。 这以常识而论是荒谬的， 猫似当非死即活。
2020/11/13
t 12活死
对于这只猫的多世界解释
• 这只猫即是死的又是活的。只是分别在不同的世界中，在 观测者打开盒子的那一刹那，整个世界分裂成两个，在一 个世界里观测者看到的那只猫活了下来，在另一个世界里， 观测者看到的那只猫不幸死去。除此之外的世界完全一样。
量子通信
2020/11/13
一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片
2020/11/13
几乎可以肯定，世界上没有第二张照片，能像 这张一样，在一幅画面内集中了如此之多的、 水平如此之高的人类精英~~
这是1927年在布鲁塞尔举行的第五届索尔维会 议上的照片。在这次会议上，爱因斯坦和玻尔 这两个当时世界上最顶尖的物理学家，进行了 科学史上著名的学术辩论。在这次辩论中，玻 尔所代表的新生量子论学派获得了更广泛的支 持，而维护经典理论的爱因斯坦则被认为不合 时宜，站到了对立面。
• 可见，现在我们在座的每个人能坐在这里并结下 深厚的友谊是经过多少次的宇宙分裂得来的，所 以大家要珍惜现在生活，感恩生命的伟大！
2020/11/13
由量子力学到量子信息
量子特性应用到信息领域中可以发挥 出独特的功能，在提高运算速度、确保信 息安全、增大信息容量等方面可以突破现 有的经典信息系统的极限，于是诞生了一 门新兴的交叉学科：
2020/11/13
量子信息与经典信息的根本区别
经典信息
二进制0或1组成的数字串，其信息 单元称为“比特”，为0或者1。
用量子的语言可描述为态 0 和 1 。 经典粒子只能处在 0 或 1 之中的一个态 上。
量子信息
2020/11/13
微观粒子允许同时处在 0 和 1 两个 态上，这是其波粒二象性的结果。
2020/11/13
Heisenberg 的测不准原理
由测不准原理可知, 对任何一个物理量的测 量都不可避免地对另一物理量产生干扰。 这 就使得通信双方能够检测到信息是否被窃听, 这一性质使通信双方无须事先交换密钥即可 进行绝密通信。 量子加密学为人们提供了一 种无条件安全的希望，并且不象一次一密的 密钥, 任何窃听量子密钥交换和拷贝密钥的 人不可能不被检测到。
2020/11/13
• 玻尔和爱因斯坦的争论
• 经典理论：条件定，结果唯一 • 量子理论：条件定，结果不唯一
• 爱因斯坦：上帝不掷骰子！爱因斯坦在
纪念牛顿逝世200周年时说过：“牛顿理论的 精髓可能会给我们提供力量，去恢复物理现实 与牛顿教诲中最深奥的特点——严格的因果 律——之间的和谐。”（不满非决定论基础） 最后一位经典物理学家
• 解释：没有测量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各 种可能性的混合叠加状态。
• 电影《 Source Code 》
2020/11/13
量子力学对我们生活的启示
• 在最宏大的视野里，宇宙中运行着的星球的角落 里所发生的细微的量子过程，将宇宙一次次的分 裂。因而，地球连同我们被一次次的复制，数目 巨大到难以想象的宇宙的不同版本在同时上演。 在我们每一次的选择中，宇宙被分裂成几个世界， 因而你的不同版本的生命形态在同时上演，可见 我们每个人的生命都是丰富多彩的~~
• 后来，霍金针对爱因斯坦“上帝不掷
骰子”的名言说：“上帝不只是掷骰 子，还把骰子掷到我们看不到的地方!”
2020/11/13
令“科学如此性感”的量子力学
• 量子力学是20世纪初才诞生的，是近代物理学两 大支柱之一。
= 经典力学：宏观物质的运动规律 = 量子力学：微观粒子的运动规律
——自然界的运动规律。 = 量子力学的基本规律是统计规律，而经典物理的基本
刻有可能在空间中任何点探测到粒子（类
似经典波的特性），但一旦探测到只能在
其中一个探测器处发现该粒子（类似经典
粒子的特性）。
C
B
A
2020/11/13
A,B,C,…为探测器
经典粒子在某个时刻只能处于确定的物理状 态上，经典比特：0、1； 量子粒子则可以同时处于各种可能的物理状 态上（叠加态）（dirac） |0＞，|1＞ 。 因此由于，量子粒子拥有不确定性，在量子 力学中微观粒子的状态用波函数描述。
2020/11/13
薛定谔猫—宏观量子叠加态（解决爱因 斯坦祖母悖论）
•
薛定谔于1935年设计了“杀猫实验”。这个猫十分可
怜，她（假设这是一只雌性的猫，以引起更多怜悯）
被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤
子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。
如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落
规律是决定论、严格的因果律。
玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到 困惑，那他一定没听懂。”
2020/11/13
经典粒子 • 特性：每时刻的位置、速度完全确定，有
确定的运行轨迹，遵从牛顿力学。
2020/11/13
微观粒子
• 特点：同时具有粒子性和波动性。(不确定)
•
设想空间中有一个微观粒子，任何时
2020/11/13
量子信息科学
——它是量子物理与信息科学相结合的产物。
量
量
子
子
通
密
信
码
2020/11/13
什么是量子通信？
我们可以通过类比来了解它的意义： • 电子通信：通过电信号的参数传送信息 • 量子通信：由量子态携带信息 • 量子通信系统的基本部件 量子态发生器、量子通道和量子测量装置。
2020/11/13
量子不可克隆定理
Wootters 和 Zurek 曾于1982 年在《自然》杂志 上撰文提出了如下问题: 是否存在一种物理过程, 实现对一个未知量子态的精确复制, 使得每个复制 态与初始量子态完全相同呢？Wootters 和 Zurek 证明, 量子力学的线性特性禁止这样的复制, 这就 是量子不可复制定理的最初表述。