量子通信的特点及应用

1、一、量子通信的概念一、量子通信的概念 （一）、从物理学的角度，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。 （二）、从信息学的角度，我们则认为量子通信是利用量子力学的基本原理（如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等）或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。一、量子通信的概念一、量子通信的概念 (一) 信息效率高量子信道中光量子的信息效率比经典信道中光子的信息效率要高几十倍。二、量子通信的特点二、量子通信的特点 (二) 信噪比低 在同等条件下, 量子通信获得可靠通信所需信噪比比一般通信低很多。二、量子通信的特点二、量子通信的

2、特点 （三 ）、非局域性量子隐形传态非局域性, 且与传播媒质无关。在对量子纠缠对中的一个光量子进行操作的同时, 另外一个处于纠缠态的量子的态也会发生相应的变化, 这说明作为信息载体的物理量子本身并没有被传送, 所送的是量子的态。二、量子通信的特点二、量子通信的特点 （四) 、具有窃读可知性, 通信保密性好。 根据量子不可克隆的特点, 信息的量子比特或量子位一经检测就会产生不可还原的改变。用量子位传递加密信息若在到达预定接收者之前途中被窃取,预定接收者肯定能够发现。二、量子通信的特点二、量子通信的特点 （五) 无电磁波辐射, 通信隐蔽性好。 量子通信是没有经典意义上的电磁辐射的, 无论现有的无线

3、电探测系统性能如何先进, 对量子通信这种完全电磁静默的通信目标是无能为力的。二、量子通信的特点二、量子通信的特点特点应用决定量子通信众多的特点决定了它的广泛用途，尤其在军事领域。三、量子通信的应用 （一）军事信息系统中的应用（一）军事信息系统中的应用1、军事信息系统需要高速率、大容量传输处理及按需共享能力。量子技术的信息传输处理与计算能力是经典通信无法比拟的。量子通信的超大信道容量、超高通信速率和特高的信息高效率, 正好能满足军事信息系统的特殊要求。三、量子通信的应用 2、军事信息系统需要高效的指挥控制能力。 量子特性在提高运算速度和增大信息容量等方面, 可突破现有经典信息系统的极限, 满足高

4、效控制指挥及决策的需要。三、量子通信的应用 3、军事信息系统需要有极强的信息分析综合能力。 基于量子态叠加理论, 可以用量子叠加方式来处理信息,可在几分之一秒内实现1000位数的因式分解, 这不仅使经典密码无密可保, 而且可实现对侦察情报数据的实时分析与综合, 完全满足军事信息系统对信息分析综合及决策的需求。三、量子通信的应用 (二二) 用于隐蔽通信用于隐蔽通信 通信隐身的关键之一是要降低电磁辐射, 而经典通信都要依靠电磁波来传输信号, 特别是远程无线通信需要辐射很强的电磁波, 即便是激光通信, 尤其是空间激光通信, 也要辐射很强的光波, 这就破坏了通信隐身条件。但光量子通信既无电磁波辐射,

5、也无强光波辐射, 这就为通信隐身提供了电磁静默环境。敌方无从知晓是否在通信以及通信者的位置, 使通信真正实现了隐蔽三、量子通信的应用 1、光量子密码具有光量子密码具有窃听可知窃听可知性性这一特性将使网络信息安全出现划时代的革命, 而且光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合, 制成目前光纤通信的换代端机, 用此来改进目前军用光网信息传输保密性, 从而提高信息保护能力。(三三) 用于信息对抗用于信息对抗三、量子通信的应用2、绝对安全的密绝对安全的密码码和和传输手段传输手段。光量子通信没有电磁辐射, 也没有强光辐射, 敌方难以截获和破坏我方密码, 从而确保了信息传输的安全。三、量子通信的应用 (四

6、四) 用于对潜通信用于对潜通信 量子通信是一种不同于传统波通信的新概念通信, 与其他传统通信技术相比, 在对潜通信上有一些特殊的优点。在同等条件下, 量子通信获得可靠通信所需的信噪比比其他通信手段要低30到40dB左右。三、量子通信的应用（一）国内发展现状（一）国内发展现状1995年，中国科学院物理所首次以BB84协议方案在国内完成了演示实验。2000年中科院物理研究所和中科院研究生院合作完成了国内第一个850nm波长全光纤1.1km量子保密通信实验。2003年，中国科学技术大学中科院量子通信重点实验室成功地在校园内铺设了总长为3.2km的量子通信系统。2005年中国科学技术大学郭光灿院士领导

7、的科研小组，通过现有光缆线路在北京和天津之间实现了125km量子通信原理性实验。四、国内外发展现状 （一）国内发展现状（一）国内发展现状2006年中国科学技术大学潘建伟教授领导的科研小组，利用纠缠光子对实现了不受外界干扰的量子密码传输。2007年3月，郭光灿小组在北京网通建立了有4个用户的量子密码通信网络，用户间最短距离32km，最长距离42.6km。四、国内外发展现状 2008年10月，潘建伟小组构建了基于商用光纤和诱骗态相位编码的3节点量子通信网络，节点间距离20km，实现了实时网络通话和3方对讲功能。（一）国内发展现状（一）国内发展现状四、国内外发展现状 （二）国外发展现状（二）国外发展

8、现状 1、美国 美国于2012年发展了一套可行的带有足够复杂度的量子计算技术,以其充当量子计算检测平台的功能,在这个平台之上去探索量子计算机的构建及算法等问题。 布什总统又在2006年1月31日的国情咨文中宣布了美国竞争力计划(ACI)。在该计划中第4项就是突破技术障碍, 实现量子信息处理技术的实际应用。四、国内外发展现状 （二）国外发展现状（二）国外发展现状 2、日本 2000年,日本将量子通信技术作为一项国家级高技术列入开发计划,10年内投资400多亿日元,主要研究光量子密码及光量子信息传输技术。日本邮政省的目标是,在2020到2030年前后使量子保密通信网络和量子通信网络技术达到实用化的水平。四、国内外发展现状 （二）国外发展现状（二）国外发展现状 3、欧洲等国 欧洲也成立了以英国、法国、德国、意大利、奥地利和西班牙等国在内的量子信息物理学研究网。这是继欧洲核子中心和航天技术的国际合作之后, 又一大规模的针对科技重大问题的国际合作, 并于1999年建立了集中12个研究项目的国际财团。四、国内外发展现状五、给我们的启示量子技术若能及时地开