量子信息及其应用的研究进展
量子通信技术的研究进展和应用领域
量子通信技术的研究进展和应用领域随着科技的迅速发展和社会的进步，通信技术也进入了一个新的时代，其中量子通信技术成为了研究的热点之一。
量子通信技术作为一种基于量子力学原理的通信方式，具有非常广阔的应用前景。
从基础研究到应用推广，量子通信领域已经取得了令人瞩目的成果。
首先，让我们来了解一下量子通信技术的基本原理。
量子通信的基础是量子纠缠和量子状态的传输。
量子纠缠是指当两个或多个量子系统处于纠缠态时，它们之间存在着一种特殊的相互联系，即使远隔很远，它们之间的状态仍然是相关的。
量子通信技术利用这种特殊的相互联系，可以实现信息的安全传输和量子态的传递。
在量子通信技术的研究进展方面，量子密钥分发（QKD）是一个关键的研究领域。
量子密钥分发是利用量子纠缠的特性来实现安全的密钥交换的一种方法。
通过量子通信技术，发送方可以将随机序列的量子比特发送给接收方，并利用量子纠缠的性质进行密钥的生成和验证。
由于量子纠缠的特殊性质，任何对量子比特的窃听和干扰都会被立即检测出来，从而实现了信息的绝对安全。
近年来，研究者们在量子密钥分发领域取得了许多突破性的成果，包括提高密钥传输速率和距离、降低系统的复杂性和成本等。
除了量子密钥分发，量子通信技术还在其他方面有着广泛的应用。
其中一个重要的应用领域是量子互联网。
量子互联网是指利用量子通信技术构建的安全和高效的网络系统。
在传统的互联网中，数据的传输和储存很容易受到黑客和病毒等安全威胁，而量子互联网通过使用量子通信技术可以大幅度提高网络的安全性。
量子通信技术可以实现量子态的传输和控制，从而有效地抵御窃听和篡改行为，保护用户的信息安全。
此外，量子通信技术还可以应用于量子计算和量子传感等领域。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，可以在理论上实现比传统计算机更快的计算速度。
然而，由于量子计算的特殊性质，如量子叠加态和量子纠错等，要实现可靠的量子计算系统仍然面临许多挑战。
通过利用量子通信技术，可以保证量子计算中的数据传输过程的安全性和可靠性。
量子信息学的研究热点和前沿领域
量子信息学的研究热点和前沿领域量子信息学是一门交叉学科，它结合了量子力学和信息科学的原理和方法，致力于利用量子力学的特性来改变和提升信息的处理和传输方式。
在过去几十年中，量子信息学一直保持着快速的发展势头。
本文将探讨量子信息学目前的研究热点和前沿领域，并介绍一些相关的重要进展。
1. 量子计算机量子计算机是量子信息学领域的核心研究方向之一。
相比传统计算机，量子计算机利用量子比特（qubit）而非经典比特（bit）来存储和处理信息。
量子比特具有叠加态和纠缠态的特性，可以同时处于多种状态，从而同时处理多个计算。
这使得量子计算机具有巨大的计算能力，可以在短时间内解决传统计算机无法解决的难题，例如因子分解和优化问题。
目前，量子计算机技术正处于快速发展阶段，各大科研机构和企业都在投入大量资源进行量子计算机的研究和开发。
2. 量子通信量子通信是另一个备受关注的热点领域。
传统的通信方式往往容易受到窃听和篡改的威胁，而量子通信利用了量子力学中的不可克隆性原理，可以实现安全的通信。
量子密钥分发（QKD）是量子通信的核心技术，它能够实现密钥的安全分发，并提供信息传输的保密性和完整性。
此外，量子中继、量子网络和量子纠错等技术也是量子通信研究的热点方向。
3. 量子仿真和优化量子仿真和优化是近年来兴起的研究领域。
量子仿真可以模拟和研究分子、材料和量子系统等复杂系统的行为，从而加速新药设计、材料研发等领域的进展。
量子优化则是利用量子计算机的优势来解决复杂的优化问题，如物流规划、金融投资组合优化等。
这些领域的研究对于推动科学技术的发展具有重要意义。
4. 量子机器学习机器学习是人工智能领域的关键技术之一，而量子机器学习则是将量子计算和机器学习相结合的新兴领域。
量子机器学习通过利用量子计算机的并行处理能力和量子优化算法，可以有效处理高维度的大数据和复杂模式的识别。
这对于解决传统机器学习算法无法解决的问题，如优化算法的高维度搜索和复杂模式的识别等具有重要意义。
量子通信技术的最新进展和未来应用
量子通信技术的最新进展和未来应用量子通信技术，是一种利用量子力学原理进行通信的新技术。
与传统通信技术相比，量子通信技术有着很多独特优势，能够提供更加安全、高效的通信服务。
随着技术的不断发展，量子通信技术的应用范围也在不断扩大。
一、量子通信技术的最新进展近年来，在量子通信技术的研究领域中，量子密钥分发、量子隐形传态以及量子重复器等技术取得了不少重要进展。
1.量子密钥分发量子密钥分发技术是量子通信中最核心的技术之一。
量子密钥分发的基本原理是基于量子纠缠和量子不可克隆定理实现的。
量子密钥分发能够保证通信双方在通信过程中的信息安全。
近年来，科学家已经在实验室中成功实现了长距离（超过500km）的量子密钥分发。
这项成果对于实现全球范围内的安全通信提供了有力的支持。
2.量子隐形传态量子隐形传态是指将一个量子态从一个地方传输到另一个地方，而不是传输量子物质本身。
在这个过程中，没有实际的物质传输，只有信息传输，因此也被称为“鬼魂瞬间传输”。
在实验室中，科学家已经成功地利用量子隐形传态技术传输了复杂的高维量子态，这项技术的应用潜力巨大。
3.量子重复器量子重复器是指一种能够将量子信息从一处传输到另一处并进行复制的设备。
在传输过程中，由于信息的不可复制性，会导致信息的退化和丢失，而量子重复器能够解决这一问题。
科学家已经在实验中成功利用量子重复器将量子信息从一个地方传输到另一个地方，这项技术应用于未来的量子通信中能够增强信息的传输效率。
二、量子通信技术的未来应用1.军事与政府领域由于量子通信技术的安全性极高，被认为是未来最具潜力的保密通信技术。
由此，量子通信技术已经被纳入到军事和政府领域的安全通信体系中，用于完成保密和安全通信的保障。
2.金融领域在金融领域中，由于交易的速度和安全性对于金融交易的重要性，量子通信技术的应用潜力也非常巨大。
在未来，量子通信技术有望为金融交易提供更加高效、便捷且安全的通信手段。
3.通信领域在通信领域中，量子通信技术已经被广泛用于提高通信质量，特别是在超长距离通信中。
科普：量子通信和量子密码学的进展和应用
量子通信和量子密码学的进展和应用引言在过去的几十年里，量子物理学的进展带来了许多颠覆性的技术，其中最为引人注目的就是量子通信和量子密码学。
量子通信和量子密码学基于量子力学的基本原理，为我们提供了一种全新的、安全的信息传输方式。
本文将详细介绍量子通信和量子密码学的进展和应用，并探讨未来的发展趋势和挑战。
一、量子通信的进展量子通信是一种前沿的科技，利用了量子力学的一些奇特特性，如量子叠加和量子纠缠，来进行信息的传输。
这种技术并非简单地发送和接收信息，而是涉及到复杂的制备、测量和传输过程。
在这个过程中，信息被编码在量子态中，这些量子态可以处于叠加态或纠缠态等奇特的状态。
叠加态是指一个量子系统可以同时处于多种状态，而纠缠态则是指两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关系，它们的状态是相互依赖的。
这些状态在传输过程中不会泄露任何信息，保证了通信的安全性。
传统的通信方式容易被窃听和干扰，而量子通信则因为其独特的性质而无法被破解，从而保证了通信的安全性和保密性。
因此，量子通信是一种具有巨大潜力的技术，未来可能会在各个领域得到广泛应用，如金融、军事、政府等。
随着技术的不断发展，相信我们将会看到更多的应用场景出现。
量子通信的基本原理和技术量子通信是利用量子力学原理进行信息传输和处理的新型通信技术。
其基本原理涵盖了量子态的制备、测量和传输三个关键环节。
在量子态的制备阶段，信息被编码为量子态，这个过程通常涉及对光子或离子等基本粒子的操作。
这些粒子在特定的物理系统中被激发和操控，以产生携带有信息的量子态。
在测量环节，对量子态的观测是获取信息的关键步骤。
这种观测可以通过多种方式实现，如使用光子探测器或离子捕获技术。
当观测者对一个量子系统进行观测时，观测者的行为会干扰量子系统的状态，导致量子态发生塌缩。
塌缩后的量子态是一个经典态，可以直接读取并解码出原始信息。
量子态的传输则依赖于物理系统中的相互作用。
例如，在量子隐形传态协议中，传输者首先将量子态与自己之间的粒子进行纠缠，然后将纠缠态发送给接收者。
量子计算技术的发展现状及应用前景分析
量子计算技术的发展现状及应用前景分析量子计算技术是一种基于量子力学原理的计算方法，利用量子比特计算单元的并行性和量子态叠加性，具有解决传统计算机难题的潜力。
自20世纪80年代末期以来，量子计算领域取得了长足的进展，并且在多个领域有着广泛的应用前景。
本文将从发展现状和应用前景两方面进行分析。
一、发展现状1. 硬件技术进步：量子计算机的核心是量子比特，其状态包括0和1的叠加态。
随着超导量子比特和离子阱量子比特等硬件技术的发展成熟，越来越多的实验性量子计算机开始出现。
例如，谷歌在2019年实现了“量子霸占”现象，证明了量子计算技术的实用性。
2. 算法研究进展：除了硬件技术发展外，量子计算领域的算法研究也在不断推进。
近年来，研究人员不断提出新的量子算法，如Shor算法用于因式分解，Grover算法用于搜索等。
这些算法的提出为量子计算机提供了更多的应用场景。
3. 产业发展壮大：除了学术界的研究外，量子计算技术已经引起了产业界的关注。
包括IBM、Microsoft、谷歌等在内的众多公司都已经进入了量子计算领域，进行了大量的研发工作。
此外，一些初创企业也积极参与，加速了量子计算技术的发展。
二、应用前景1. 优化问题求解：传统计算机在解决许多优化问题上具有局限性，而量子计算机的并行性和叠加性使其能够高效地处理这类问题。
以旅行商问题为例，量子计算机可以通过量子优化算法快速找到最短路径，从而提高物流配送、电路布线等领域的效率。
2. 大数据分析：随着大数据时代的到来，传统计算机在处理大规模数据时遇到了许多困难。
量子计算技术的并行处理能力将使其在大数据分析中具有重要作用。
例如，在医疗领域，量子计算机可以加速基因组学数据的处理和分析，为精准医疗提供支持。
3. 量子模拟：量子计算机可以模拟量子系统的行为，帮助理解和解决一些复杂的量子物理问题。
量子模拟有望在材料科学、化学反应等领域发挥重要作用，加速新材料的发现和化学反应的预测。
量子信息国外现状研究报告
量子信息国外现状研究报告量子信息是一门涉及量子力学和信息学的交叉学科，可以用于处理和传输信息。
由于其在安全通信、计算、物理模拟等领域的广泛应用，量子信息已成为国际科研热点之一。
以下是对量子信息国外现状的研究报告。
首先，国外在量子通信方面取得了显著进展。
量子通信是利用量子态传输信息的方法，其通信安全性极高。
国外研究人员已成功实现了量子密钥分发（QKD）技术，能够保证通信双方的通信安全。
此外，他们还研究并实现了量子隐形传态和量子重复等重要量子通信协议，为量子通信的发展奠定了基础。
其次，国外在量子计算方面也取得了一些成果。
量子计算是利用量子位的量子叠加和量子纠缠进行计算的方法，比传统计算机更快更强大。
国外研究人员已成功实现了一些基本的量子逻辑门运算，并利用量子比特实现了量子搜索和量子门阵列等算法。
虽然目前实现的量子计算机规模较小，但这些成果为量子计算的进一步发展提供了思路和技术基础。
此外，国外还在量子模拟和量子精密测量等领域取得了重要进展。
量子模拟是利用量子系统模拟其他复杂系统的方法，能够解决传统计算机难以处理的问题。
国外研究人员已利用量子计算机模拟了量子化学、固体物理等领域的问题，取得了一系列重要成果。
另外，他们还实现了高精度的量子测量和量子标准等，为精密测量学科的发展做出了贡献。
尽管国外在量子信息领域取得了一系列重要成果，但仍然存在一些挑战和问题。
首先，目前大部分研究还处于实验室阶段，离实际应用还有一定距离。
其次，量子信息技术的实现需要高度精密的实验条件和复杂的设备，成本较高。
此外，量子信息的传输和控制仍然面临一些技术和工程难题，需要进一步解决。
综上，国外在量子信息领域的研究已经取得了一系列重要成果，并为量子通信、计算、模拟和精密测量等领域的发展提供了思路和技术基础。
然而，尚需进一步深入研究和解决技术上的难题，以推动量子信息技术的进一步发展和应用。
量子信息技术及其应用情况的研究报告
量子信息技术及其应用情况的研究报告一、量子信息简介量子信息是量子物理与信息科学、计算机科学相交融所形成的交叉前沿学科。
它主要包括量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学等领域。
其研究目标是利用量子相干性及其衍生的独特的量子特性（量子纠缠、量子并行和量子不可克隆等）进行信息存储、处理、计算和传送，完成经典信息系统难以胜任的高速计算、大容量信息传输通讯和安全保密通信等信息处理任务。
量子信息的研究，将为我们提供物理原理上无条件安全的通信方式，以及突破传统计算机芯片的尺度极限从而提供新的革命性计算解决方案，从而导致安全通信和未来计算机构架体系根本性的变革。
量子信息技术经过近三十年突飞猛进的发展，在理论和技术方面获得了举世瞩目的成绩。
其中，量子计算能带来强大的计算能力—源于量子力学的相干叠加原理，量子计算拥有天然的巨大并行性和超快的计算方式；而量子通信是最先实用化的量子信息技术随着技术的不断进步，如今量子通信已经开始走出实验室。
可以说，量子信息技术已经不仅逐步应用于金融体系、政府部门、国防军事，也开始走向大众生活。
那么量子通信究竟是一种什么样的技术？目前发展到什么程度？量子计算是怎么回事？发展如何？本文拟就这些方面为大家做一个概览。
二、量子通信原理广义地讲，完全利用量子信道来传送和处理真正意义上的量子信息，也即利用量子态编码和传输处理信息的技术都属于量子通信。
比如著名的量子隐形传态(teleportation)可以将量子态“瞬间”传递到远方。
可以设想，将来人们利用全量子的网络，执行全量子的通信协议，从而实现用量子信息来完成特殊的信息处理功能。
狭义地讲，利用量子态来编码和生成安全的密钥，实现量子密钥分配过程，从而达到保密通信的目的，这便是通常讲的量子通信。
可以说，狭义的量子通信就是利用量子信息技术保障人们安全通信的技术。
由于量子态的脆弱性，直接利用量子传递信息并不好，因此人们采用了先利用量子信息技术生成密钥再用于保护通信数据的方案，因此也常称为量子保密通信或量子加密通信。
量子力学的应用领域与前沿进展
量子力学的应用领域与前沿进展量子力学是一门解释微观世界奇异现象的学科，于20世纪初由几位科学家共同创立，并迅速成为热门学科。
在这门学科中，微观粒子被看作粒子与波动的矛盾体，量子力学用波动力学描述微观粒子的运动轨迹和实际情况。
随着科技进步，量子力学为我们提供了新的基础和技术，它的相关应用越来越广泛。
本文将探讨量子力学在现实生活中的应用领域和前沿进展。
一、量子力学在信息技术中的应用当今时代是信息时代，半导体芯片技术是现代电子技术的核心技术之一。
量子力学在半导体芯片技术中的应用是非常广泛的。
量子点是一种由硅等半导体材料制造的微型结构，其直径仅相当于几个晶格常数，具有相对较精确的能量水平和光谱特性。
基于量子点的单光子发射器和纠缠态产生器发展已经进入实验室应用。
这些技术在加密、通信和计算中有广泛应用。
例如，在加密中，利用量子纠缠现象进行加密通讯可以避免信息被窃取或篡改，提高通讯安全性。
二、量子计算机量子计算机是利用量子态的并行性和量子纠缠相互作用性质来进行计算的超级计算机，它可以更快、更高效地解决多个问题，如化学物质的行为、环境模拟和经济和金融模型分析等。
利用量子计算技术，可以节约计算时间和成本，提高计算效率和准确性。
以量子计算基本单元量子比特为例，每个比特的状态只有0和1两种可能性，而量子比特则可以处于多种可能状态之一。
以此为基础，可进行超级大规模运算，推动缺乏性能的计算机实现高效计算。
三、量子物理的研究除了信息技术和计算方面的应用，对于量子物理的研究是我们理解世界本质及了解更广阔宇宙的奥秘的一个重要方面。
这一领域的研究将会促进量子纠缠现象的进一步发现，如量子隐形传态现象、量子纠缠和腔固态量子电动力学。
这些研究将为我们理解量子物理学提供更深刻的认识，并为新材料的发现和光电子技术的更多进展提供基础和技术。
结论量子力学是一门研究微观世界奇异现象的学科，它的相关技术在信息技术、计算、物理科学中有重要的应用。
随着科技的不断发展，量子力学的应用前景越来越广阔，期待在不久的将来，量子技术能够为人类的生活和社会提供更多支持。
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量子信息及其应用的研究进展摘要：量子信息论是经典信息论与量子力学相结合的新兴交叉学科。
本文综述了量子信息领域的研究进展。
包括了为人们所熟知的量子通信与量子计算领域的进展，本文以介绍量子信息论的基本理论框架为主, 同时也介绍了量子信息领域的实验研究进展。
关键词：量子信息、量子通信、量子计算、研究进展1、引言自19世纪进入通信时代以来, 人们就梦想着像光速一样( 甚至比光速更快)的通信方式. 在这种通信方式下,信息的传递不再通过信息载体( 如电磁波) 的直接传输,也不再受通信双方之间空间距离的限制, 而且不存在任何传输延时, 它是一种真正的实时通信. 科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式, 这种通信方式被称为量子通信.与成熟的通信技术相比, 量子通信具有巨大的优越性, 已成为国内外研究的热点.近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破,引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视. 自1993年美国IBM的研究人员提出的量子通信理论以来, 美国国家科学基金会、美国国防部等部门正在着手研究此项技术, 欧盟从1999年开始研究, 日本也2001年将量子通信纳入十年计划. 我国中国科学院、国防科技大学、山西大学在量子通信领域也做了大量的工作, 并取得了一定的成果. 本文对量子通信及其发展前景进行探讨。
2、量子信息的基础理论现有的经典信息以比特作为信息单元, 从物理角度讲, 比特是个两态系统, 它可以制备为两个可识别状态中的一个, 如是或非, 真或假, 0或1。
在数字计算机中电容器平板之间的电压可表示信息比特, 有电荷代表1, 无电荷代表0。
量子信息的单元称为量子比特( qubit ) , 它是两个逻辑态的叠加态| U> = c 0 | 0 > + c 1 | 1 > , | c 0 |2+ | c1 |2= 1 ( 1 )经典比特可以看成量子比特的特例( c0 = 0 或 c 1= 1 ) 。
用量子态来表示信息是量子信息的出发点, 有关信息的所有问题都必须采用量子力学理论来处理, 信息的演变遵从薛定谔方程, 信息传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理( 计算) 是量子态的幺正变换, 信息提取便是对量子系统实行量子测量。
在实验中任何两态的量子系统都可以用来制备成量子比特, 常见的有: 光子的正交偏振态、电子或原子核的自旋、原子或量子点的能级、任何量子系统的空间模式等。
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, 其主要的有:1) 量子纠缠: N ( 大于1) 的量子比特可以处于量子纠缠态, 子系统的局域状态不是相互独立的, 对一个子系统的测量会获取另外子系统的状态。
2) 量子不可克隆: 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不确定性质原理构成量子密码术的物理基础。
3) 量子叠加性和相干性: 量子比特可以处在两个本征态的叠加态, 在对量子比特的操作过程中, 两态的叠加振幅可以相互干涉, 这就是所谓的量子相干性。
量子相干性在各种量子信息过程中都起着至关重要的作用, 但是, 因为环境的影响,量子相干性将不可避免地随时间指数衰减, 这就是消相干。
消相干引起量子错误, 量子编码的目的就是为了纠正或防止这些量子错误。
3、量子通信3.1量子密集编码假设Alice 和Bob 共享处于纠缠态的一对粒子,从而建立量子通道. Alice 在四种可能的幺正变换中任选一种对其纠缠粒子 A 进行操作, 这种作用实际上是将两个比特的经典信息进行编码. 其后, Alice将粒子A 发送给Bob , Bob 通过对两个粒子进行Bell基联合测量, 即可确认Alice 所做的变换, 从而获得2 个比特的信息, 也就是说, 仅仅通过传送一个粒子便能成功地传送2个比特的经典信息. 这就是所谓的密集编码( dense coding)。
Innsbruck 小组利用与量子隐形传态相同的装置实现了四种操作的三种, 即传送了 1.58bit. 最近,山西大学的研究小组完成了连续变量的密集编码。
3.2量子隐形传态量子隐形传态和密集编码是量子通信中比较典型的两种方式, 前者利用经典辅助的方法传送未知的量子态, 而后者则是利用量子信道传送用经典比特表示的信息.在科幻电影中, 常常出现这样的场景: 一个神秘的人物在某处突然消失, 而后却在异地莫名其妙地显现出来. 隐形传送( te le po r ta tio n) 一词即来源于此.遗憾的是, 在经典通信中, 这种实现隐形传送的方法违背了量子力学的基本原理之一——不确定关系.因此长期以来, 这只不过是一种科学幻想而已.然而量子通信除了推广经典信息中的信源与信道等概念外, 还引入了其特有的量子纠缠( quantum enanglement), 创造了量子隐形传态这样一个经典通信中不可思议的奇迹. 1993年, Bennett 等六位科学家在Phys. Rev. Lett . 发表了一篇开创性文章,提出将未知量子态的信息分为经典信息和量子信息两部分, 分别由经典信道和量子信道传送给接受者.经典信息是发送者对原物进行某种测量( 通常是基于Bell 基的联合测量) 所获得, 量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息.如图1 所示, 假设发送者Alice 欲将粒子1所处的未知量子态传送给接收者Bob, 在此之前, 两者之间共享Einstein - Podolsky - Rosen( EP R) 对( 即由Ei n量子隐形传态的特点是, 仅仅是量子态被传送,但粒子3本身不被传送. 而在Alice 测量之后, 初态已被破坏, 因此这个过程不是量子克隆.目前, 已有多个小组在实验上实现了量子隐形传态. I nns br u c k 小组采用Ò型参量下转换过程所产生的自发辐射孪生光子对作为EP R 粒子, 实现了将一个光子态传送到另一个光子上. Rome 小组则采用了一个更为简单的办法, 把量子态从纠缠光子对中的一个传递到另一个光子上. 最近, CIT 小组根据Vaidman的方案完成了连续变量的隐形传态。
另外一个实验是在NMR ( 核磁共振) 中实现的, 把态从样品分子中的一个原子传递到另一个原子上。
4、量子密码量子密码是利用量子原理, 通过公开通道设定秘密钥匙, 并可以知道是否被窃听. 密码学的一个新的方向是实现公钥体制. 在公钥体制中, 加密密钥公开, 可以像电话号码一样通知对方, 而解密密钥是保密的, 这样仍然可实现保密通信.量子密码是量子物理学与量子力学结合的产物, 利用了系统所具有的量子性质. 它的思想最早由美国人Wiesner S . J 在1969 年提出，遗憾的是当时并没有被人们所接受. 1954年Bennet t CH 和Brassard G首先提出第一个量子密码分发协议即BB84协议.2 0世纪90年代以来, 科学家们相继提出E9I协议和B 92协议, 形成量子密码通信三大主流方案.量子密码术现代保密通信的原理如图所示.图保密通信原理图lice 采用密钥K ( 随机数) 将她要发送给Bob的明文通过某种加密规则变换成密文, 然后经由公开的经典信息通道传送给Bob , 后者采用密钥Kc通过适当的解密规则将密文变换成为明文. 这个过程如果能够有效地防止任何非法用户的窃听, 那就是安全的保密通信.按照密钥K和Kc是否相同, 密钥系统可分为对称密码( K = K c) 和非对称密码( KXK c) . 目前广泛用于网络、金融行业的是一种非对称密码, 是一种公开密钥, 加密和解密法则、加密的密钥K 均是公开的, 只是解密的密钥K c不公开,只有接收者Bob本人知道. 这种密钥的安全性基于大数因子分解这样一类不易计算的单向性函数. 数学家虽没能严格证明这种密钥不可破译, 但现有经典计算机几乎无法完成这种计算. Shor 量子算法证明, 采用量子计算机可以轻而易举地破译这种公开密钥体系. 这就对现有保密通信提出了严峻挑战.另一方面, 量子通信是目前科学界公认的惟一能实现绝对安全的通信方式, 它利用量子力学的测不准原理和量子不可克隆定理, 通过公开信道建立密钥,当事人之外的第三方根本不可能破解其密码. 其最终目标是解决通信的绝对安全等经典通信所存在的一系列根本性问题.另外还有一种是基于正交态的密钥分配方案.。
其原理是利用量子不可克隆定理, 即对一个单量子的任意未知量子态不可以克隆, 对两个非正交量子态不可以克隆, 量子力学的线性特征禁止这样的复制. 它确保了量子密码的安全性, 使得窃听者不可能采用克隆技术来获得合法用户的信息.关于量子保密通信, 依然存在很多问题需要解决, 其中包括量子秘密共享、网络量子密码、身份认证、数字签名, 以及最近提出的量子指纹等. 这些方案的优越性在理论上已经得到证实. 量子密码通信的未来发展方向是在光纤和大气中实现更长距离、更快速度、更低的误码率的量子密钥分发, 使点对点量子密码通信进入实用阶段.量子密码通信网络化, 量子密码通信与未来全光网相结合. 期望在不久的将来, 随着单光子探测等技术的不断发展, 量子密码通信技术在全光网络和卫星通信等领域的应用潜力会不断挖掘并成为现实, 国外已开展了这一方面的研究. 人们预测, 当量子计算机成为现实时, 经典密码体制将无安全可言, 量子密码术将成为保护数据安全的最佳选择之一。
5、量子远程通信远程量子通信( long distance quantum communication) 开辟了新型的通信系统, 可实现量子因特网、多方分布式计算等. 而实现这种通信系统的基本部件包括量子纠缠态的发生器、量子通道及测量装置. 众所周知, 光在微观世界中有粒子特性以及具有最快的传播速度, 这些特征使光子成为一种优于其他粒子的信息载体, 广泛应用于量子信息中. 但是由于存在严重的消相干及消纠缠, 利用光子作为载体的量子通信受到时间和空间的限制, 不适于长时间的保存. 因此人们提出用量子存储器来解决上述问题. 例如采用高Q腔中的原子作为存储器, 利用光和原子的相互作用, 将光子的信息存储在原子中. 但是,为克服腔损耗的影响, 该系统需要在极低的温度下运行, 而且对腔的Q 值要求很高, 这在技术上很难实现. 我们小组提出了一种易于实现的量子信息处理器, 可以有效地克服光腔消相干的影响. 有趣的是, 在文章发表两个月之后, 巴黎高等师范学校的著名学者在实验上初步验证了我们的理论模型.量子通信的基础是, 在两个相距一定距离的点之间产生量子纠缠态. 但是由于光子的吸收和其他的通道噪声, 纠缠度会随着通道的长度而降低. 因此现有量子通信的诸多方案都只能局限于在几十公里的距离内操作. 最近, 段路明与其国际合作的同事提出一个涉及量子中继器的新设想, 有可能克服这一局限性. 其基本思想是: 将信道分成长度一定的若干段, 每段都包括量子纠缠的产生和纯化两个过程. 通过纠缠交换将两个相邻信息段的纠缠态连接起来. 交换后形成的新纠缠态的纠缠度会有所降低,这就需要再次纠缠纯化. 在段路明等人提出的方案中, 利用光子和原子的相互作用, 在原子集团之间产生纠缠态, 相对于单个原子的纠缠态来说, 纠缠产生的效率大大提高了. 而纠缠态的连接则是通过简单的线性光学操作即可完成, 并且在每个步骤中都包含一个本征的纠缠纯化的过程. 最后生成的远距离原子集团的纠缠态在量子通信中有着一系列广泛的应用. 例如, 量子隐形传态、基于EP R的量子密钥分配、Bell不等式的验证等. 这个方案只涉及到现有技术基础上对于原子集团、线性光学元件和单光子探测器进行操作, 因此应当可能在实验上得以实现。