量子通信技术的发展动态及应用
量子通信技术的发展动态及应用 ,计算技术与信息发展,
詹源源 约2176字
摘要:分析了量子通信技术的原理，介绍了量子通信技术的最新发展动态以及应用价值。
关键词:量子密码 量子通信
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2011)002-059-01
量子理论诞生以来，科学家就试图利用量子效应来实现远距离、无时延、“绝对安全”的通信，量子通信将成为人类通信技术史上的又一次革命。
1 量子通信技术简介
1.1 基本量子理论
量子态是指原子、中子、质子等粒子的状态，它可表征粒子的能量、旋转、运动、磁场以及其他的物理特性。量子理论主要包括量子纠缠和量子测不准原理，是现代物理学的核心理论。
量子纠缠指的是在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化，另一个粒子的状态也会立刻发生相同的变化，这也是利用量子效应传递密码的基础。
Heisenberg量子测不准原理是量子力学的基本原理，指在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，只能精确测定两者之一。
1.2 量子通信的原理
量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式。在量子通信系统中，信息的发送方和接收方共享两个纠缠在一起的几乎完全一致的成对光子。当发送方将信息赋予一个光子时，接收方的纠缠光子就会几乎同时发生一致的变化，从而实现用不加外力的方式传输信息，传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。在这一过程中，发送和接受方需要纠缠光子的数量取决于报文的长度。
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。量子通信的主要应用在于量子密码的传输，与传统通信的唯一区别在于，量子通信采用了一种新的密码生成方式，而且密码不可能被第三方获取。
1.3 量子密码技术
依据Heisenberg的量子测不准原理，通过窃听不能得到确定的有效信息。同时，任何针对量子信号的窃听都将不可避免的留下痕迹，从而被通信方所警觉。量子密码技术就是利用这一原理来判断是否有人窃取传输的密码信息，从而实现密码的绝对安全。
量子密钥分配原理来源于光子偏振的原理。光子任意时刻的偏振方向具有随机性，在两个纠缠光子之间设置偏振片。当光子的偏振方向与偏振偏振片的倾斜方向的夹角很小时，光子改变偏振方向并通过偏振滤光器的概率大，否则就小。特别是当=90?，其概率为0:=45?时，其概率为0.5;=0?，其概率为1?通过公开渠道告知对方是如何旋转的，把
检测
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到一个光子记为“1”，没有检测到记为“0”，双方都能
记录
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到相同的一组二进制数列，以作为密码。如果有人在半路监听，同样需要放置偏振片，就不可避免改变光子的偏振方向，使发送者和接受者记录的数列产生差异。
2 量子通信的发展动态及应用
1926年量子力学诞生，成为人类认识微观世界的理论基础。1935年，爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证了量子力学和相对论之间的不相容性。1964年，约翰?贝尔提出了贝尔理论，阐明用实验来检验超光速响应的可能性。1982年阿斯派克等人证明了超光速响应的存在。1984年，有人提出了用单光子偏振态编码量子密码技术方案，开始了量子密码的研究。1989年，量子密钥传输第一次演示获得成功。1997年，奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证;2004年，该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功的将量子态
隐形传输距离提高到600米。
我国的量子通信技术发展迅速，位居世界前列。2007年开始，中国科大-清华大学联合研究小组开始在北京八达岭与河北怀来之间架设长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子隐形传态，这一距离是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是目前国际上没有窃听漏洞的量子密钥分发的最大距离。中国科学家在自由空间量子通信方 向上的一系列工作引起了国际学术界的广泛关注。英国的《新科学家》、美国的《今日物理》等多家学术新闻媒体均对这些工作进行了报道。下一步科学家们正在
计划
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通过自由空间实现几百公里的量子通信，超越光纤传输的极限。
量子通信比较传统通信技术具有明显优势:抗干扰能力强，不需要借助传统信道;量子密码几乎不可能被破译，保密性强;线路时延几乎为零，传输速度快。
目前量子通信技术已经引起很多国家政府和军方的高度关注。一方面量子通信保密性强，在军事上几乎难以被敌方破译，能够保证己方军事行动不被敌方所侦析。另一方面量子通信技术能够抵御未来量子计算机技术带来的威胁。众所周知，运用现有的高速计算机来破解复杂的加密算法可能需要几万年，在现实中是难以接受的。然而量子计算机却只需大约几分钟。如果量子计算机投入使用，就意味着任何传统的数学密码体制都不再安全。
量子通信技术在民间通信领域前景也十分广阔。2009年9月，中国科技大学组建了世界上首个5节点的全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。“城域量子通信网络”使得城市范围的安全量子通信网络成为现实。在不久的将来，基于量子技术、绝对安全的移动通信、互联网将会逐渐走进人们的生活。
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