量子通信基础知识-课件

6、 QKD分发实现？
假设一个粒子1处于某个未知的量子态|ψ1>上，即 |ψ1>=a|↑>+b|↓> (1) 其中，|a|2和|b|2分别表示这个态处于|↑>态和|↓>态的几率。Alice要把 粒子1的|ψ1> 态传送给Bob，使Bob接收到的粒子3也处在这个量子态|ψ1>上，这个 过程可按 下面三步实现： 第一步，制备EPR纠缠对：粒子2和粒子3，两粒子处于纠缠态|ψ-23> 上，即 |ψ-23>=（|↑2>|↓3>-|↓2>|↑3>） (2) 将纠缠对中的粒子2送给Alice、粒子3送给Bob，粒子1和这一对纠缠 粒子就组 成一个总系统，整个体系的量子态可用|ψ-23>和|ψ1>的直积表示，即 |ψ123>=|ψ-23>⊕|ψ1> (3) 把这个态按照粒子1和粒子2的Bell基展开，得到 |ψ123>=[ψ+12(-b|↑3>+a|↓3>)+|ψ_12 (b|↑3>+a|↓3>) +ψ+12(-a|↑3>+ b|↓3>+|ψ_12 (-a|↑3>+b|↓3>)] (4)
幻想
5.量子隐形传态？
1.1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念; 2.同年，6位来自不同国家的科学 家提出量子隐形传态的方案 将某个粒子的未知量子态传送 到另一个地方，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。
基本思想：将原物的信息分成经
典信息和量子信息两部分，它们 分别经由经典通道和量子通道传 送给接收者。
经典信息:发送者对原物进行某 种测量而获得的。 量子信息:发送者在测量中未提 取的其余信息。
6、QKD分发实现？
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。
量子态发生器
量子通道
量子测量装置
发送过程
传输过程
接收过程
6、 QKD分发实现？
首先，假设Alice手头有一个粒子 A处于未知量子 态，她希望将这个量子态（即一个量子比特的量 子信息）送给远处的Bob，但不传送作为信息载 体的粒子 1本身。Alice和Bob事先需要共享 E PR粒子对 2和 3（即纠缠粒子），由于 E PR粒 子对具有量子关联特性，若对其中一个粒子进行 局域操作（包括测量），另一个粒子的量子态立 即发生相应的变化，因此 E PR粒子对构成Alice 和Bob之间的一条量子通道。
量子隐形传态和量子纠缠的分发
先提取原物的所有信息，然后将这 些信息传送到接收地点，接收者依 据这些信息，选取与构成原物完全 相同的基本单元，制造出原物完美 的复制品。
将某个粒子的未知量子态传送 到另一个地方，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。 1993年美国物理学家贝尼特等人提 出了量子隐形传送方案。1997年潘 建伟与荷兰学者波密斯特等人首次实 现了未知量子态的远程传输。
6、 QKD分发实现？
最后，Alice将测量结果（即获得那一个 B ell态）经由经典通道传递给Bob，Bob手头的纠缠 粒子 3会因Alice的测量坍缩到相应的量子态上， 于是Bob在获知Alice的测量结果之后，对粒子 3 做相应的操作，便可以使粒子 3处在与粒子 1原 先未知量子态完全相同的量子态上，这就完成了 粒子 A的未知量子态的量子隐形传送，此时量子 信息的载体是粒子 3，在这过程中Alice和Bob都 不知道他们所传送的量子比特是什么。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6、 QKD分发实现？
第二步，Alice对粒子l和粒子2进行Bell联合测量，将有l／4几 率得到每个 Bell基，但每次测量只能得到其中的一个基，一旦Alice测到了 4个Bell基之一的 某个，粒子3就已经塌缩到对应的量子态上。Alice将此结果(即 已测到哪一个Bell 基)通过经典信道告诉Bob。
量子通信基本原理
1、什么是量子通信？
量子通信（Quantum Teleportation） 是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。 我们可以通过类比来了解它的意义：
电子通信：通过电信号的参数传送信息 量子通信：由量子态携带信息
PS：量子纠缠是指两（多）个量子级别的粒子，当其 中一颗被操作而状态发生变化，另一颗也会即刻发生 相应的状态变化 ，无论距离有多远。（非定域非经典 的关联）
简单地说，就是利用量子力 学原理中的量子纠缠传输信 息.量子纠缠又译量子缠结， 是一种量子力学现象，其定 义上描述复合(两个以上成 员)系统之一类特殊的量子 态，此量子态无法分解为成 员系统各自量子态之张量积 （tensor product）。
实验室
4.量子通信传输的信息
经 典
量 子
量子密钥的传输
2、量子通信有什么优点？
量子通信具有高效率和绝对安全的优点
任何窃听者都无法窃听量子密码 因此，它被认为可能是下一代IT 技术的支撑性研究！ 通信中的信息而不被发现！！！
比光速高4个数量级！！！
这是由量子力学理论决定的。
3、量子通信研究什么?
量子通信主要涉及： 量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码
6、 QKD分发实现？
第三步，Bob根据Alice测得的结果，选取相应的幺正变换对粒 子3进行操作， 如果把自旋向上和向下的态矢量用列矩阵表示，即 |↑>→ ，|↓>→(0,1) 它们对应的关系如下表所列。
6、 QKD分发实现？
比如，当Alice测得的粒子1和粒子2处于Bell基|ψ+12>上，并把结 果告诉Bob， 则粒子3塌缩为态，那么B。b就对粒子3进行幺正变换得 U4=|↑>+b|↓> 其它情况可进行类似操作，这样，粒子3就处在了原始的 |ψ1>=a|↑>+b|↓>态上。 显然，此时Alice拥有的粒子1所处的未知态在Bob拥有的粒子3上 完美的重现出 来了，即量子隐形传态圆满成功了。
6、 QKD分发实现？
然后，Alice对她手头上的纠缠粒子 2和量 子信息载体 1实施一种所谓的 B ell态测量，这 个测量可能输出4种结果，每种测量结果的几率为 1／4,但一次测量只能给出其中一个结果。Alice 测量到其中一个 B ell态后，获得2比特的经典信 息，当然这个信息完全无法用来确定未知的量子 比特。