量子通信

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量子通信(Quantum Teleportation)

目录

什么是量子通信[1]

  量子通信又称量子隐形传送,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2l世纪国际量子物理和信息科学的研究热点。

量子通信的基本原理[1]

  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町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。

量子通信的特点[2]

  (1)量子通信的信息传递可以不通过通信双方之间的空间,从而使通信丝毫不受通过通信双方之间的空间环境的影响,即它是完全抗干扰的;

  (2)量子通信的线路时延可以为零,即与通信双方之间的距离无关,从而它是最快的通信方式;

  (3)可以使第三方无法进行干扰和窃听,信息载体完全可以只保存于信息的双方处,因此它是保密性最强的通信方式;

  (4)不存在任何电磁辐射污染,它是完全环保型的。

量子通信的方式[2]

  (1)利用量子耦合技术,制备出多粒子的量子耦合态。这种技术目前难以实现;

  (2)利用生物技术,建立意识生物的意识器官(如人脑)之间的某种量子耦合,这种技术目前有可能实现。

量子通信的研究方向[2]

  (1)进一步寻找实现多粒子的量子耦合态的方法和技术;

  (2)利用目前可行的生物技术实现量子超光速通信。最近美国华盛顿大学有两个小组开始准备类似实验;

  (3)对人脑的意识识别过程进行深入研究,进而发展更先进的意识识别模拟技术,并利用生物芯片技术,将人脑的意识识别功能集成于一块微小的生物芯片中,从而研究出真正的量子通信的产品。

参考文献

  1. 1.0 1.1 杨立峰,刘建新.量子通信简介(A).中国电子商情:科技创新.2013,20
  2. 2.0 2.1 2.2 王静端.量子通信的发展前景(A).半导体光电.2002,1
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