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量子通信前沿深度分析:中国处于世界领先水平

发布时间:2019-05-26 21:49 来源:未知 编辑:admin

  是利用量子纠缠效应传递信息的通信方式,作为量子论与信息论相结合的新型通讯方式,以其绝对的安全性为信息安全带来了革命式的发展。海森堡测不准原理和量子不可复制原理为

  我国在量子通信领域处于世界领先水平,2009年中国科学技术大学教授潘建伟团队建成了世界上首个全通型量子通信网络,首次实现了实时语音量子保密通信,标志着中国在城域量子网络关键技术方面已经达到了产业化要求。

  量子通信在军事通信、政府保密通信、民用通信上都将带来颠覆性的变革,技术又已相对成熟,经我们详细测算,未来市场空间远超千亿。国家对量子通信非常重视,中央政治局常委曾组织集体学习量子通信,目前国内合肥城域量子通信网、芜湖市量子政务网已于2012年建成使用,世界上最远距离的光纤量子通信干线京沪线年左右发射全球首颗量子通信卫星。

  量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通讯方式,是量子论和信息论相结合的成果。量子通信具有绝对安全和高效率等特点,给信息安全带来了革命式的发展,是目前国际量子物理和信息科学的主要研究方向,主要涉及的领域包括:量子远程传态量子密码通信等。目前应用发展相对成熟的为量子密码通信。

  量子通信的工作原理为,利用粒子的量子纠缠效应,将信息加载在粒子状态中,通过传输粒子实现绝对安全的通信。量子通信主要的通信方式包括两种:直接通过量子态进行量子隐形传送以及量子密码通信(目前应用最成熟的方式)。

  量子通信的主要原理为量子纠缠效应,即两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联,通俗的讲,即可以制备两个这样两个粒子态,无论距离多远,当其中一个粒子状态发生变化时,另外一个粒子的状态也会同时发生变化。

  以笛卡儿、伽利略、牛顿为代表的主流物理学家认为,宇宙的组成部份相互独立,它们之间的相互作用受到时空的限制。而量子纠缠效应脱离了时空,它证实了任何两种物质之间,不管距离多远,都有可能相互影响,不受四维时空的约束,是非局域的(nonlocal),它不仅宇宙证实了爱因斯坦的幽灵超距作用(spookyactioninadistance)的存在,也证实了我们中国人一直强调的因果报应等观点任何两种物质在冥冥之中存在深层次的内在联系。

  量子通信在传送过程中一般以状态来表示信息,早期利用偏振态较多,目前逐渐转向采用相位状态表示信息:1)利用光的偏振对数据进行编码,在一个方向上的偏振视为0,而另一个视为1,常用的有两种偏振方式,直线)利用光子的相位数据来进行编码,例如45度,90度,180度等代表0、1、-1。

  量子通信主要的通信方式包括两种(可按信道分类):直接通过量子态进行量子隐形传送以及量子密码通信(目前应用最成熟的方式)。

  量子隐形传送是一种脱离实物的信息传送,原理是通过将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方来传递信息,即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。

  具体而言,首先制备出具备量子纠缠效应的光子A和B,分别在甲和乙两地保存,需要传递信息时,将蕴涵相关信息的光子C与A一起测量,这样A的状态发生了改变,B的状态也发生了改变,再用光子D与B做逆测量,即可得到原来光子C所蕴涵的信息。

  量子隐形传送由于单子状态难以长时间保存、光纤信道损耗大、受环境噪音影响较大等原因,目前为止技术仍不成熟。

  由于量子通信具有不可破译、绝对安全的特性,它受到了信息安全科学界的极大重视。在量子隐形传送现阶段实现困难的背景下,在经典通讯中用量子通信技术进行加密通信来保障信息安全成为了当前全球量子通信研究的重点,也是目前唯一接近成熟应用的量子通信。

  加密是保障信息安全的重要手段,目前最常用的加密技术是用复杂的数学算法来改变原始信息这种方法虽然安全性较高,但存在被破译的可能,并非绝对可靠。而量子密码术是主要利用量子状态来作为信息加密和解密的密钥,具有不可破译性。任何想测算和破译密钥的人,都会因改变量子状态而得到无意义的信息,而信息合法接收者也可以从量子态的改变而知道密钥曾被截获过。

  通俗地讲,量子密码通信就是甲利用激光收发器发射确定状态的光子,乙采用滤光器/激光收发器进行接收,保存并记录光子状态,随后甲和乙互相对应光子的状态,以识别是否被窃听(由于光子一旦被窃听测量,就会改变状态,从而被发现),从而获得绝对安全的密钥。

  最初的量子密码通信利用的都是光子的偏振特性(状态),目前主流实验方案已经发展到利用光子的相位特性进行编码。举例来说,利用偏振特性时,乙为了接收正确的信息,必须测量光子并使用正确的滤光器偏振方向,即信息传送的偏振方向相同。初始甲发送密钥时,假设发射直线型的偏振光子,乙用接收器过略后发射出的是对角偏振的光子,然后一个完全随机的结果就会出现在接收器上,一旦中间有窃听者使用接收器窃听,结果就会发生改变;使用这种方法,特性信息能够发送而使窃听者无法不被发现地偷听。

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