量子保密通信
第14讲 量子保密通信_518908957
现代通信新技术课程讲座量子保密通信张巍信息光电子研究所罗姆楼2‐101ATEL：62797073zwei@i@t i h d2013年12月清华大学报告内容•量子信息与量子通信•量子密钥分配（QKD）的规则设定和物理基础•QKD协议•QKD的物理实现•QKD概念的拓展－防欺骗的“量子雷达”清华大学量子力学与量子信息量子信息：新兴的多学科交叉研究领域为诸多应用领域提供突破理论性能边界的可能信息安全－信息安全－计算－传感，探测清华大学传感，探测－……用量子态表示信息—用表信Q比特量子叠加原理具有两个本征态|0>和|1>的量子系统，量子态可以是两者的叠加|q>=α|0>+|1> |α2+|2=1|q |β|||β|薛定谔猫实验者甚至可以设置出相当荒谬的案例。
把一只猫关在一个封闭的铁盒子里，并且装置以下仪器（注意必须保固这仪器不被猫直接干扰）：在一台盖革计数器内置入极少量放射性物质，由于数量极少，在一小时内，这放射性物质至少有个原子衰变的概率为没有任何原子衰变的概率也同样为假若衰变事件发生则盖革管会物质至少有一个原子衰变的概率为50%，没有任何原子衰变的概率也同样为50%；假若衰变事件发生，则盖革管会放电，通过继电器启动一个榔头，打破装有氰化氢的烧瓶。
经过一小时以后，假若没有发生衰变事件，则猫仍旧存活；否则猫已死亡。
整个系统的波函数表达出活猫与死猫各半的状态。
类似这典型案例的众多案例里，原本只局限于原子领域的不明确性被辗转传递为宏观不明确性，只有通过直接观察才能解除这不明确性它使得我们难以天真接受采用这种笼统模型来正确代表实体就其本身而言它不会清华大学接观察才能解除这不明确性。
它使得我们难以天真接受采用这种笼统模型来正确代表实体。
就其本身而言，它不会蕴藏任何不清楚或矛盾的意义。
但是，在一张摇晃或失焦的照片与云堆雾层的快照之间，的确有很大的不同。
——埃尔温∙薛定谔，Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (The present situation in quantum mechanics)经典比特（值）X=0 or 1|q>属于系统两个本征态|0>和|1>张成的态空间单Q 比特（态）|q>=α|0>+β|1> |α|2+|β|2=1|1α|Yes> + β|No>?|1>Yes or No |0>清华大学既分立又连续？！态间的变换清华大学量子通信清华大学子通信的物载体光（光子）量子通信的物理载体-光（光子）光速传播不宜与环境耦合–便于保持自身量子状态经典对应是电磁波–丰富的操控手段清华大学报告内容•量子信息与量子通信•量子密钥分配（QKD）的规则设定和物理基础•QKD协议•QKD的物理实现•QKD概念的拓展－防欺骗的“量子雷达”清华大学量子密钥分配—规则设定子密钥分配规则设定Classical channel|...>σk’E Quantum channel 1.Alice和Bob有一条开放的量子信道–Eve可以接入Eve 2.Alice和Bob有一条“可靠的”（可以辨别信息来源的）经典信道–Eve可以监听3.协议细节公开4.目标: 在A和B间产生密钥，如果有窃听就不产生↔«Eve 不能比切断线路做的更好»清华大学QUANTUM KEY DISTRIBUTION•量子力学的原理•测不准原理•测量会造成量子态扰动•单光子不可克隆原理•无法复制/测量–窃听的扰动会向后传递量过的逆性错量基信息会被破坏•测量过程的不可逆性‐用错测量基，信息会被破坏清华大学QKD研究的演进Q 研究的演进建立（Valerio scarani, et. al., Review of modern physics 81, 1301, 20091984～1995）－1984年BB84协议基于单光子不可克隆/测量过程不可逆－1991年Ekert91协议基于量子纠缠和Bell 不等式测量－1992年证明了以上两协议等价；B92协议；第一个实验论证清华大学Incoherent green lightare produced by Diode (LED)on the flashes Light Emitting left, collimated into a beam by Pinhole and Lens, then pass through a 550nm Filter and a horizontal Polarizer. Sender's Pockels Cells convert the horizontal polarization into an arbitrary sequence of the four polarization states(horizontal, vertical, left ‐circular, and right ‐circular). After traversing the quantum channel, a 32 cm free i i l h h b h h R i 'P k l C ll hi h i d ili air optical path , the beam passes through Receiver's Poekels Cell, which, if energized, converts rectilinear into circular polarizations and vice versa. Finally, a calcite Wollaston prism splits the beam into horizontally and vertically polarized components, in which individual photons are detected by Photomultiplier tubes A and B, respectively.清华大学Tsinghua Uinversity p ,p yCharles H. Bennett, François Bessette, et.al., “ Experimental理论与实验差距拉大（1993～2000）实验上－93/94 实验室光纤通道实验－95 场地光纤通道实验－98 Plug & play 的实用化方案－2000 基于量子纠缠的长距离实验理论上－1996～2000 严格安全的证明－量子信息的角度然而，安全性证明都基于非常理想化的条件实际实验系统也很少考虑这些安全性的论证（各玩各的！）理论和实验差距拉大清华大学理论与实验的差距减小－2000～2007年光子数分裂攻击（PNS ）引起注意，理论分析表明基于目前使用的光源安全性存在漏洞漏洞的“软件手段”协议－2004年解决PNS 漏洞的软件手段－SARG04协议，修正BB84－漏洞的“硬件手段”－诱骗态协议2003年解决PNS 漏洞的硬件手段诱骗态协议（decoy state ）－2007年基于诱骗态协议光纤距离达到>140km在这一阶段，很多其他协议出现：连续变量；分布相位参考等等很多攻击方式被研究黑客攻击节点边信道攻击考等等；很多攻击方式被研究：黑客攻击节点；边信道攻击；光探测器制盲等QKD 清华大学出现了提供Q系统与器件的公司：如何从产品角度评价QKD 的安全性？如何进行市场认证报告内容•量子信息与量子通信•量子密钥分配（QKD）的规则设定和物理基础•QKD协议•QKD的物理实现•QKD概念的拓展－防欺骗的“量子雷达”清华大学QKD协议•分立变量协议（单光子水平）–Prepare and measure protocols （P&M ）general measuring an unknown quantum state changes that state in some In general, way. This is known as quantum indeterminacy, and underlies results such as the Heisenberg uncertainty principle, information ‐disturbance theorem and theorem be no cloning theorem. This can exploited in order to detect anyeavesdropping on communication and, more importantly, to calculate the amount of information that has been intercepted.–Entanglement based protocolsThe quantum states of two (or more) separate objects can become linked in such a way that they must be described by a combined quantum together state, not as individual objects. This is known as entanglement and means that, for example, performing a measurement on one object affects the other. entangled pair of shared two parties anyone If an objects is between parties,intercepting either object alters the overall system, revealing the presence of the third party (and the amount of information they have gained).清华大学•连续变量协议BB84对探测-复制窃听机制的甄别对探测复制窃听机制的甄别Alice选择一个基确定一个发射Qbit50%50%探测基对得到A 发射的态探测基错做一个测量得到50%50%Eve不知道A 选的发射基随机选一个探测基50%几率对50%几率错做一个向后发射的态向后发射Bob50%50%50%50%随机选择基公开信道比对基，正确的留下OkOkOkErrorErrorEve 选的基对B b Eve 选的基错，Bob 只有50%几率正确得到A清华大学Bob 得到A 发射的态发射的态如果有Eve 窃听，有25%几率A 和B 得到的码不一致，误码！BB84 -密钥提取(ideal case)密钥提取()AliceBobQuantum channel Quantum channelSifted key0 : 没有窃听的作用是发现窃听不是对抗窃听QBER => 0 : 有窃听QKD 的作用是发现窃听，不是对抗窃听清华大学25BB84 -密钥提取(realistic case)密钥提取()AliceBobQuantum channelPublic channel(losses)Raw keySifted keyKey Key清华大学26信息论分析1.0-=i o n0.8)(1QBER H I AB Secret key raten f o r m a t 0.6I AEOpt. indiv. attacky n n o n I 0.4S h a 0.20.40.00.10.20.30.0QBER清华大学27报告内容•量子信息与量子通信•量子密钥分配（QKD）的规则设定和物理基础•QKD协议•QKD的物理实现•QKD概念的拓展－防欺骗的“量子雷达”清华大学物理实现方式•量子通道光纤中相位调制比较普遍–自由空间–光纤Townsend Opt Fib Tech 相位调制的早期实验光纤中，相位调制比较普遍•调制的自由度–偏振Example: Townsend, Opt. Fib. Tech. 4, 345‐370 (1998)–相位–频率–……清华大学点对点QKD－光纤点对点Q 光纤MaqiQ系统瑞士瑞士Id Id quantique quantique公司公司光纤量子密钥分配系统清华大学中科大研究中科大研究组量子组量子密钥密钥通信现场实验通信现场实验清华大学EavesdroppingPrivate EnclavePrivate EnclaveBBNHarvardQKD EndpointQKD SwitchQKD EndpointQKD SwitchDark Metro QKD SwitchPrivate EnclaveBUDark Metro Fiber Lab FiberC ti l QKD EndpointConventional Ethernet清华大学典型量子保密通信实验网络－Tokyo QKD network点－点QKD线路的组合节点安全性在电上做保护清华大学点对点量子密钥分配－自由空间点对点量子密钥分配自由空间瑞士日内瓦大学的早期工作优势避免光纤损耗清华大学优势：避免光纤损耗全球量子保密通讯网络－量子卫星的构想全球量子保密通讯网络量子星的构想卫星链路损耗低，传输跨度大中科大团队的气球验证性实验NATURE PHOTONICS 21APRIL 2013清华大学PHOTONICS,21 2013, DOI:10.1038/NPHOTON.2013.89德国团队的飞机验证性实验NATURE PHOTONICS, 31 MARCH 2013 | DOI:101038/NPHOTON20134610.1038/NPHOTON.2013.46清华大学量子工程（Quantum Engineering）Broadband Quantum CryptographyDaniel J. Rogers我最早见到量子工程Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Copyright © 2010 by Morgan & Claypool概念的学术专著清华大学报告内容•量子信息与量子通信•量子密钥分配（QKD）的规则设定和物理基础•QKD协议•QKD的物理实现•QKD概念的拓展－防欺骗的“量子雷达”清华大学QKD拓展-抗干扰的“量子雷达”QKD拓展-抗干扰的量子雷达“防干扰的”量子雷达－和前面完全不是一回事原于子保密信Q原理基于量子保密通信（QKD）Jim －JammingJi J i干扰清华大学QKD拓展-抗干扰的“量子雷达”欺骗把发来的光子截获然QKD拓展-抗干扰的量子雷达欺骗：把发来的光子截获，然后用某个偏振态以另外的图型重发发量子安全成像：利用QKD 原理，从错误率上判断是否有欺骗清华大学总结和讨论•目前，有明确应用前景的量子科学应用普遍基于量子光学–必然性：光子的独特性质 Flying Qubit•不易受外界干扰，便于保持量子状态•光速传播•经典对应是电磁波，有成熟的技术基础–局限性：•不易进行Qubit间的操作•停不下来，存不住–如何利用物理电子学技术实现Stationary Qubit?•可能的途径：光机相互作用制冷清华大学总结和讨论•量子工程–两种思路•物理电子学技术解决量子科学功能实现瓶颈－量子器件•利用量子力学特点突破现有应用体系极限－量子应用新量子件物–新量子器件物理•核心：如何克服环境干扰手段如何用固态系统实现•手段：如何用固态系统实现–量子保密通信是否还有原始创新空间？发展得非常复杂的光通信技术体系如何与量子保密通信结合？–量子保密通信之后的量子工程应用是什么？•与经典光电子学类比•量子传感？（包括计量，定位，授时等）•量子成像？（包括雷达，遥感，光刻等）清华大学•量子信息处理？（计算）•……。
《量子通信的保密信使：无法破解的密码》_转自DOC
量子通信的保密信使：无法破解的密码在科技的璀璨星空中，量子通信犹如一位神秘的信使，以其无与伦比的保密性，守护着信息的秘密。
它以量子纠缠和量子密钥分发等原理，为信息安全提供了前所未有的保障。
今天，让我们共同探索量子通信的保密信使，领略科技如何在这场信息安全的保卫战中发挥作用。
一、量子通信的保密性：信息的守护者量子通信的保密性，犹如一位神秘的信使，以其无与伦比的保密性，守护着信息的秘密。
它以量子纠缠和量子密钥分发等原理，为信息安全提供了前所未有的保障。
1. 信息的守护者量子通信在信息安全领域的应用，仿佛是一位神秘的信使，以其无与伦比的保密性，守护着信息的秘密。
它能够通过量子纠缠和量子密钥分发等原理，实现信息的加密和传输。
这种守护者的角色，让人不禁联想到古代的巫师，他们以神奇的法术，创造出令人惊叹的奇迹。
2. 量子纠缠和量子密钥分发等原理量子通信在信息安全领域的应用，具有量子纠缠和量子密钥分发等原理的特点。
它能够通过量子纠缠和量子密钥分发等原理，实现信息的加密和传输。
这种原理，如同信使的神秘道具，为信息安全提供了强大的支持。
二、量子通信的保密性：创新的源泉量子通信的保密性，如同一股强大的创新源泉，为信息安全领域注入了新的活力。
1. 创新的源泉量子通信在信息安全领域的应用，具有强大的创新能力。
它能够通过量子纠缠和量子密钥分发等原理，实现信息的加密和传输。
这种创新能力，让人工智能在信息安全领域具有无限的潜力。
2. 信息安全领域的突破量子通信在信息安全领域的应用，取得了显著的突破。
它不仅能够实现信息的加密和传输，还能够对信息进行高效、安全的传输。
这种突破，为信息安全领域带来了前所未有的变革。
三、量子通信的保密性：挑战与机遇并存量子通信的保密性，虽然带来了巨大的创新成果，但也面临着一系列挑战。
1. 挑战与机遇并存量子通信在信息安全领域的应用，既带来了创新成果，也面临着挑战。
例如，如何确保量子通信系统的安全性和可靠性？如何解决量子通信系统的性能瓶颈问题？这些问题，需要我们深入思考和探讨。
量子通信技术在保密通信中的应用指南
量子通信技术在保密通信中的应用指南量子通信技术是一种基于量子力学原理的通信方式，可以实现高度安全的信息传输。
在保密通信中，量子通信技术具有重要的应用意义。
本文将介绍量子通信技术在保密通信中的应用指南，主要包括保密通信的需求，量子通信技术的原理以及其在保密通信中的应用场景和优势。
一、保密通信的需求保密通信是指在信息传输过程中，对信息内容进行严密加密，确保只有授权用户能够解密和阅读信息。
保密通信的需求主要来自于以下几个方面：1. 商业机密保护：许多企业和组织拥有重要的商业机密，例如研发成果、商业计划和市场数据等。
通过保密通信，可以避免机密信息被竞争对手获取，保护企业的利益。
2. 国家安全保护：政府和军事部门在通信中经常涉及国家机密和军事秘密。
保密通信可以确保这些机密信息不被敌对势力获取，维护国家的安全。
3. 个人隐私保护：个人在通信中涉及到一些私人信息，例如银行账号、身份证号码和个人通信记录等。
通过保密通信，可以避免这些私人信息被他人获取，保护个人隐私。
二、量子通信技术的原理量子通信技术基于量子力学原理，通过量子态的特性实现信息的传输和加密。
其主要原理包括以下几个方面：1. 量子比特：量子比特是量子通信的基本单位，类似于经典通信中的比特。
不同之处在于，量子比特可以同时处于0和1两种状态，这一性质被称为叠加态。
2. 量子态的纠缠：量子态的纠缠是量子通信的核心原理。
纠缠态是指多个比特之间存在一种关联，即改变其中一个比特的状态会同时影响其他纠缠态比特的状态。
3. 量子加密：通过利用量子态的纠缠特性，可以实现高度安全的加密方式。
在量子通信中，信息的加密和解密过程依赖于纠缠态的制备和测量。
三、应用场景和优势量子通信技术在保密通信中有着广泛的应用场景和独特的优势，包括以下几个方面：1. 量子密钥分发：量子通信可以实现安全的密钥分发方式，确保密钥在传输过程中不被窃取。
通过量子密钥分发，可以建立起安全的通信通道，保证信息的机密性。
量子通信中的量子密钥分发和量子保密
量子通信中的量子密钥分发和量子保密通信在当今信息社会中，随着大数据和互联网的不断发展，信息的保密性和安全性越来越受到人们的关注。
在传统的加密方法中，密钥的长度和复杂性限制了加密算法的保密强度，这也在一定程度上限制了信息的安全性。
为了解决这个问题，量子信息科学应运而生。
量子通信是一种基于量子力学的安全通信方法。
在量子通信中，利用量子态的特殊性质来实现信息的加密和解密，从而保证了信息的安全性。
其中，量子密钥分发和量子保密通信是量子通信中最为重要的两个研究方向。
一、量子密钥分发量子密钥分发是量子通信的核心技术之一。
在传统的密钥分发方法中，两个通信方需要提前约定一个密钥，但是这个过程中可能会被黑客窃取或者被监听。
而在量子密钥分发中，两个通信方通过量子测量获得一段随机的密钥，从而实现信息的加密和解密。
量子密钥分发有两种常见的方法：BB84协议和E91协议。
BB84协议是最早提出的量子密钥分发协议，它利用两个正交的光子极化态来传输密钥。
E91协议则是利用贝尔态检验来传输密钥，可以有效地抵抗各种攻击手段。
虽然两种协议的实现方式不同，但是它们都可以实现绝对隐私的量子密钥分发。
二、量子保密通信量子保密通信是利用量子态的非测量性质来保证信息的安全传输。
在传统的通信中，信息是以脉冲、电信号等形式传输的，而这些信息可以被黑客通过监听、窃取等手段获取。
而在量子保密通信中，信息是以量子态的形式传输的，黑客无法通过测量获得信息的内容，保证了信息的绝对保密性。
量子保密通信具有多种优势，其中最突出的是抗攻击性能。
目前，常见的攻击手段包括中间人攻击、窃听攻击、冒充攻击等，但这些攻击手段在量子保密通信中都是不可行的。
此外，量子保密通信还具有高效、灵活等优势，可以在多种场景下广泛应用。
总结：量子通信是一项既具有前沿性又极具实际意义的研究领域。
在当前信息广阔发展的时代背景下，如何保证信息的安全性是一个重要的问题。
量子通信的实现，不仅有助于构建更加安全、可靠的信息网络，同时还将推动人类社会向着更科技发展的方向走，从而引领世界信息化的时代。
量子通信：保密通信与未来网络安全的关键
量子通信：保密通信与未来网络安全的关键引言网络安全问题一直备受关注，特别是在信息时代，随着技术的不断进步，传统的加密方法逐渐变得不够安全。
此时，量子通信作为未来网络安全的关键技术，正在成为业界和学术界的热门话题。
量子通信利用量子力学原理进行加密和解密过程，具有绝对的安全性和不可破解性，成为网络通信领域的一大突破。
本文将详细介绍量子通信的原理、应用和未来发展前景，以及它在保密通信和未来网络安全中的重要作用。
量子通信的原理量子通信的原理基于量子力学的特性，主要包括量子隐形传态和量子密钥分发两种方式。
量子隐形传态量子隐形传态是一种利用量子纠缠的通信方式。
量子纠缠是指两个或多个量子系统之间呈现出非经典的耦合关系，当其中一个量子系统发生变化时，另一个量子系统也会立即发生相应的变化，即使它们之间处于很远的距离。
这个特性被称为"量子隐形传态"。
量子隐形传态的过程可以简单描述为：首先，发送方将要传输的量子信息通过量子纠缠对状态进行编码，然后将编码后的量子信息传输给接收方，在接收方进行解码后，就可以得到与发送方相同的量子状态。
由于量子纠缠的特性，即使传输距离很远，信息的传输也是瞬间完成的，且传输的过程中无法被截获或窃取。
量子密钥分发量子密钥分发是一种利用量子特性进行密钥交换的过程。
在传统的加密方法中，密钥是通过公开的通道进行传输的，这样容易被黑客窃取或篡改，导致信息泄露。
而量子密钥分发利用了量子力学的原理，将密钥的传输过程变得绝对安全。
量子密钥分发的过程可以简单描述为：发送方通过量子通道将一些随机的量子比特传输给接收方，在传输过程中，发送方和接收方通过光子的极化状态进行比对，可以判断出是否有第三方对密钥进行监听或窃取。
通过多次的比对和校验，双方可以确保生成一个相同的安全密钥，并且确保密钥的安全性。
量子通信的应用量子通信的应用前景广阔，不仅在军事、政治和商业领域有着重要作用，还对未来的信息通信、云计算和物联网等领域有着深远的影响。
量子通信的信道容量与保密性研究
量子通信的信道容量与保密性研究在当今科技飞速发展的时代，通信技术的革新一直是推动社会进步的重要力量。
其中，量子通信作为一种新兴的通信方式，因其独特的性质和巨大的潜力，引起了广泛的关注和研究。
量子通信不仅在信道容量上有着独特的表现，更在保密性方面展现出了超越传统通信方式的优势。
我们先来了解一下什么是量子通信。
简单来说，量子通信是利用量子力学原理来实现信息传递的一种通信方式。
与传统通信基于电磁波的传输不同，量子通信利用了量子态的特性，如量子纠缠和量子叠加等。
那么，量子通信的信道容量是怎样的呢？在传统通信中，信道容量受到香农定理的限制。
而量子通信的信道容量则有着不同的特点。
量子通信中的量子比特可以处于多个叠加态，这使得在单位时间内能够传输的信息量大大增加。
例如，一个量子比特可以同时处于 0 和 1 的叠加态，这相当于同时传输了 0 和 1 两个信息。
这种多态性为提高信道容量提供了可能。
然而，要实现量子通信的高信道容量并非易事。
首先，量子态的制备和操控需要高度精确的技术和设备。
目前的技术水平还存在一定的限制，导致在实际应用中难以充分发挥量子态的多态性优势。
其次，量子信道中的噪声和干扰也会对信道容量产生影响。
量子态的脆弱性使得它在传输过程中容易受到环境的干扰而发生退相干，从而降低了信息传输的准确性和可靠性。
接下来，我们谈谈量子通信的保密性。
这是量子通信最引人注目的特点之一。
量子通信的保密性基于量子力学的基本原理，如测不准原理和量子不可克隆定理。
测不准原理指出，无法同时精确测量一个量子系统的两个非对易物理量。
这就意味着，如果有人试图窃听量子通信中的信息，必然会对量子态造成干扰，从而被通信双方察觉。
量子不可克隆定理则表明，无法精确复制一个未知的量子态。
这就杜绝了窃听者通过复制量子态来获取信息的可能性。
正是由于这些原理的保障，使得量子通信在理论上具有无条件的安全性。
与传统通信中通过加密算法来保障保密性不同，量子通信的保密性是由物理规律所决定的，不依赖于计算能力的假设。
量子隐形传态通讯技术
量子隐形传态通讯技术量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，也被称为量子保密通信。
相较于传统的加密方式，量子通信技术具备无条件安全性，即使拥有无限计算能力的黑客，也无法破解其中的信息。
而在量子通信技术中，隐形传态通讯则是一种非常有前景的研究方向。
本文将介绍量子隐形传态通讯技术的原理及其可能的应用场景。
一、量子隐形传态通讯原理量子隐形传态通讯是基于量子隐形纠缠和量子态迁移的一种通讯方式。
简单来说，就是将一个量子态从发送方处传递到接收方处，且在整个传输过程中并没有传递实物粒子，因此可以保证信息的绝对安全性。
1. 量子隐形纠缠量子隐形纠缠是指两个量子粒子（即光子、原子等）的态之间存在着一种相互依存的关系，无论它们在空间上相隔多远，它们的态仍然能够相互影响。
在量子隐形传态通讯中，首先需要将两个量子态进行隐形纠缠，使它们之间形成量子纠缠。
这个过程需要通过某种方式将两个量子粒子处于纠缠态，然后将其中一个量子粒子发送给接收方。
2. 量子态迁移接着，在量子隐形传态通讯中，发送方需要将要传输的量子态应用于纠缠态的其中一个量子粒子上，从而完成量子态的传输。
具体来说，发送方使用一个量子门将要传输的量子态和纠缠态的其中一个量子粒子进行相互作用，结果就是这个量子态被传输到了另一个处于纠缠态的量子粒子上，实现了量子态的迁移。
3. 隐形传输最后，接收方通过对其中的一个量子粒子进行测量，就可以恢复出发送方想要传输的量子态。
需要注意的是，在整个传输过程中，实际上并没有物质粒子进行传输，只是纠缠态的信息被传递了过去。
因此，这种通讯方式不会受到中间节点攻击或窃听的威胁，从而实现了绝对的安全性。
二、量子隐形传态通讯的应用场景量子隐形传态通讯技术目前还处于研究阶段，但是如果能够成功地将其应用到实际场景中，将会产生一系列的革命性变化。
1. 量子计算机量子隐形传态通讯技术对未来的量子计算机具有重要意义。
传统的计算机在进行加密的时候，需要利用密钥将原文转换成暗文，然后再将暗文传输给接收方，在的接收方加密密钥的帮助下才能进行解密。
量子通信技术在保密通信中的应用实例解析
量子通信技术在保密通信中的应用实例解析近年来，随着科技的发展和进步，量子通信技术逐渐引起了人们的关注。
量子通信技术是一项基于量子力学原理的新兴通信技术，最大的特点就是其高度保密性。
在信息安全领域，保密通信一直是一个重要的问题，而量子通信技术的出现为保密通信提供了全新的解决方案。
本文将通过分析量子通信技术在保密通信中应用的一些实例，探讨其应用价值和潜在的发展空间。
一、量子密钥分发系统量子密钥分发系统是量子通信技术在保密通信中应用最为广泛的一个实例。
传统的密钥分发方式存在着被窃听和破解的风险，而量子密钥分发系统通过利用量子态的独特性质实现了信息传输的极高安全性。
该系统利用量子隐形传态和光子的特性，确保密钥在传输过程中不会被窃取或篡改。
量子密钥分发系统不仅可以用于军事通信和政府机构间的机密通讯，也可以应用于金融领域、电子商务等需要高度保密性的行业。
二、量子隐形传态量子隐形传态是量子通信技术中另一个重要的应用实例。
在传统的通信方式中，信息的传输需要借助介质（例如光纤、电磁波），而介质存在着被窃听和干扰的风险。
而量子隐形传态利用量子纠缠和量子纠缠态的非局域性特点，将信息传输的一个态传递到另一个点，而无需介质参与，从而实现了对信息传输的保密性。
量子隐形传态的应用不仅可以用于个人间的安全通信，还可以应用于远距离通信和量子计算机等领域。
三、量子安全验证量子安全验证是近年来随着量子通信技术的发展出现的一种新兴技术。
在传统的通信中，我们常常依靠密码学算法来实现信息的保密性，但是随着计算能力的提高，密码学算法也可能被破解。
而量子安全验证利用量子不可克隆定理和量子随机数生成器的原理，确保了信息传输的可靠性和安全性。
通过使用量子通信技术进行安全验证，可以防止通信过程中的信息泄漏和篡改，为保密通信提供了更加可靠的解决方案。
四、量子保密通信网量子保密通信网是利用量子通信技术实现保密通信的一个更加复杂和完善的应用实例。
该通信网由量子信道和经典通信网络相结合，通过量子信道的高度保密性实现信息的安全传输。
量子保密通信网络及应用
量子保密通信网络及应用量子保密通信网络是一种基于量子力学原理的通信系统，通过利用量子叠加态和量子纠缠等特性来保证通信的安全性。
它可以在理论上提供绝对安全的通信方式，即使是具有强大计算能力的量子计算机也无法解密。
量子保密通信网络的一个重要应用是量子密钥分发。
在传统的加密通信中，双方需要通过网络互相传输密钥来加密和解密通信内容。
然而，这种方式容易受到黑客的攻击和窃取。
而借助量子保密通信网络，通信双方可以利用量子纠缠的特性来安全地分发密钥。
发送方将要传输的密钥编码为量子态，并将其传输给接收方。
由于量子态的测量会改变其状态，一旦有人试图窃取密钥，就会破坏量子态，使通信双方能够及时发现并防止窃取行为。
这样，双方可以利用这个已被窃取了的密钥来加密和解密通信内容。
即便窃取者获取了密钥，由于量子态的性质，他们无法获得通信内容。
量子保密通信网络还可以应用于远程量子计算。
传统的计算需要将数据通过网络传输到计算中心再进行处理，而在这个过程中，数据很容易受到黑客的攻击和窃取。
但是，借助于量子保密通信网络，用户可以将需要计算的数据编码为量子态，并利用量子纠缠将其传输到远程的量子计算中心进行计算。
在计算完成后，计算结果被编码为量子态并传输回用户，用户可以通过测量得到计算结果。
这个过程中的量子态变换和测量，使得黑客无法窃取数据和计算结果。
因此，远程量子计算可以在保障数据安全的同时，利用大规模的量子计算资源。
此外，量子保密通信网络还可以应用于量子安全认证，即基于量子力学原理的身份认证系统。
传统的身份认证系统使用密码、数字签名等方式进行验证，然而这些方式可能被破解从而导致身份被冒用。
量子安全认证利用了量子态的特性，将身份认证过程转化为量子测量问题，从而提供了更安全、不可伪造的身份认证方式。
量子安全认证可以应用于金融、电子商务、电子政务等领域，保障重要信息和数据的安全性和可信度。
总之，量子保密通信网络是一种基于量子力学原理的通信系统，具有绝对安全性的特点。
量子保密通信技术综述
量子保密通信技术综述随着信息时代的到来，信息安全问题越来越受到人们的。
传统的加密通信技术已经不能满足一些高安全需求的应用场景，如军事、金融等。
因此，基于量子力学原理的保密通信技术应运而生。
本文将对量子保密通信技术的原理、优势、应用和发展现状进行综述。
一、量子保密通信技术的原理量子保密通信技术利用量子力学中的量子态不可克隆原理，实现了信息的不可窃听和不可篡改的安全传输。
其基本原理是，当两个处于纠缠态的量子粒子被传输时，对其中一个粒子的测量会立即改变另一个粒子的状态。
利用这个特性，量子保密通信技术可以实现加密的密钥在传输过程中被窃听时会留下痕迹，从而被发送者和接收者所发现。
二、量子保密通信技术的优势与传统加密通信技术相比，量子保密通信技术具有以下优势：1、安全性高：由于量子态不可克隆原理，即使攻击者试图在传输过程中窃听密钥，也会因改变量子态而暴露自己的行为。
因此，量子保密通信技术具有极高的安全性。
2、传输速度快：量子保密通信技术可以在极短的时间内完成大量数据的加密和解密，从而满足了高安全需求的应用场景。
3、密钥管理方便：量子密钥分发协议可以利用单光子进行密钥的分发和校验，从而避免了传统密钥分发中需要的大量密钥传输和存储成本。
三、量子保密通信技术的应用量子保密通信技术已经得到了广泛的应用，主要包括以下几个方面：1、军事通信：军事机密信息的传输需要极高的安全性，量子保密通信技术可以有效地保护军事通信中的机密信息。
2、金融机构：金融机构在进行电子交易时需要保证交易的安全性，量子保密通信技术可以防止交易信息被窃听和篡改。
3、政府机构：政府机构在进行电子政务处理时也需要保证信息的安全性，量子保密通信技术可以为政府机构提供更加可靠的信息安全保障。
4、物联网：随着物联网技术的不断发展，物联网设备的安全性也备受。
量子保密通信技术可以保护物联网设备中的隐私信息不被窃取。
四、量子保密通信技术的发展现状近年来，随着量子计算机和量子通信技术的不断发展，量子保密通信技术也取得了长足的进步。
量子通信技术在保密通信中的应用案例
量子通信技术在保密通信中的应用案例量子通信技术作为一种新兴的通信技术，以其独特的特性进一步加强了信息安全和保密通信领域的应用。
量子通信的主要目标是利用量子物理的特性来实现安全的信息传输，这在保密通信中具有重要意义。
本文将介绍几个量子通信技术在保密通信中的应用案例。
首先，量子密钥分发是量子通信技术在保密通信中的重要应用之一。
量子密钥分发是一种利用量子特性进行安全密钥分发的方法。
该方法基于量子态的不可克隆性和测量过程的干扰性质，确保在信息传递过程中的信息被窃取或篡改的能力大大降低。
例如，中国科学院研究团队与奥地利维也纳大学合作，成功地在西部地区的四个城市之间实现了量子密钥分发网络的搭建。
这一网络的建立促进了政府、军事和商业部门之间的保密通信，提高了信息安全性。
其次，量子隐形传态是另一个量子通信技术在保密通信中的应用案例。
量子隐形传态是一种通过量子纠缠状态实现信息的传输而不暴露传输通道的内容的方法。
在传统的通信方式中，传输通道的内容容易被窃听或窃取。
然而，利用量子隐形传态的技术，信息的传输可以实现安全无泄露的状态。
例如，美国和中国的科学家合作成功地进行了远距离的量子隐形传态实证实验，将信息通过量子纠缠状态传输了50多公里的距离。
这一技术的实现为保密通信提供了可靠和高效的方法。
另外，量子签名也是量子通信技术在保密通信中的应用案例之一。
量子签名是利用量子纠缠态的特性实现数字签名的一种方法，具有抗伪造和抗否认的特性。
在传统的数字签名中，签名的验证和生成需要使用者的密钥，密钥的泄露会导致签名的作废。
在量子签名中，由于量子纠缠态的特性，即便签名者的密钥被泄露，签名的验证仍然是可靠的。
例如，中国研究团队成功地利用量子签名技术实现了面向商业环境的电子文档签名验证系统，保证了电子文档的安全性和可靠性。
最后，量子保密通信网络是量子通信技术在保密通信中的另一个重要应用案例。
量子保密通信网络是一种通过利用量子物理的特性实现安全通信的网络体系结构。
量子保密通信技术的演化过程和未来发展趋势
量子保密通信技术的演化过程和未来发展趋势量子保密通信技术是一种在信息传输过程中利用量子力学原理的方式来保障信息的安全和保密性。
它不仅突破了传统加密技术的限制，还具备了不可破解性和无法窃取信息的特点。
本文将深入探讨量子保密通信技术的演化过程和未来发展趋势。
量子保密通信技术的演化过程可以追溯到20世纪80年代，当时，量子密码学的基本理论逐渐得到了建立。
首先是公钥分发方案的提出，这种方案可以在不安全的信道中传送密钥，确保信息的安全传输。
随后，基于纠缠态的量子密钥分发协议被提出，它利用了量子纠缠的特性来确保密钥传输的安全。
在最初的研究中，量子保密通信技术存在着许多实施上的困难。
例如，量子保密通信系统对于光子的稳定性和光学器件的准确性要求非常高，而这些条件在实际应用中很难满足。
此外，光纤的传输损耗也会限制保密通信的距离。
然而，随着技术的进步，这些问题逐渐被克服，量子保密通信技术开始逐渐应用于实际场景中。
未来，量子保密通信技术有着广阔的发展空间和潜力。
首先，随着量子技术的进一步发展，量子保密通信技术的实施条件将进一步改善。
例如，量子纠缠的产生和控制技术有望得到更好的突破，从而提升量子保密通信系统的稳定性和可靠性。
同时，冷原子技术、量子点技术等新技术的应用也将推动量子保密通信技术的发展。
其次，量子保密通信技术还将与其他领域的技术进行融合，实现更广泛的应用。
例如，与量子计算技术相结合，可以实现基于量子密钥的量子安全认证系统，确保数据的完整性和真实性。
与量子传感技术相结合，可以实现对量子保密通信系统中的信息安全进行实时监测和防护。
此外，量子保密通信技术的网络化将成为未来的发展趋势。
当前，大规模的量子保密通信网络仍然是一个挑战，但研究人员已经取得了一些突破进展。
例如，量子中继技术的发展可以实现远距离的量子通信，并允许量子保密通信网络的扩展。
同时，新的量子协议和分发方案的提出也有望推动量子通信网络的发展。
最后，随着人工智能的发展，量子保密通信技术与人工智能的结合也将成为一个热门领域。
量子保密通信技术的原理及应用
量子保密通信技术的原理及应用随着科技的不断发展，通信领域也在不断地创新和进步，其中最引人注目的技术之一便是量子保密通信技术。
该技术利用了量子物理的原理来实现信息传输的安全性，在保护信息安全方面取得了巨大的突破。
本文将介绍量子保密通信技术的原理及其应用。
一、量子保密通信技术的原理量子保密通信技术是基于量子隐形传态和量子密钥分发原理的。
在传统的加密通信中，信息是转换为比特串，然后经过加密算法处理后传输到接收方，接收方再通过解密算法将信息转换回原本的内容。
如果加密算法没有被破解，那么信息就是安全的。
但是，加密算法的破解是有可能发生的，而且经常发生。
而量子保密通信技术则是通过量子物理学中的原理来提供安全的信息传输。
在量子保密通信技术中，发射器和接收器之间会共享一个纠缠的量子态。
这个量子态的特殊之处在于，当任意一方对这个纠缠态进行测量时，另一方也会立即受到影响。
因此，在这种情况下，外部的监听者无法在不被其他一方察觉的情况下，对这个量子态进行观测或者复制。
利用纠缠的量子态作为密钥，发射器可以将消息编码为量子比特（qubits），然后将其传输到接收方。
由于纠缠的量子态受到观测时的影响，因此外部的监听者无法完全获取到量子比特的信息。
而接收器则可以利用纠缠的量子态来解码和还原原始信息，实现安全的通信。
二、量子保密通信技术的应用量子保密通信技术在军事、政府机构、金融、电子商务等领域得到广泛应用。
在军事领域，量子保密通信技术可以用于提高机密信息的保密性。
由于该技术的安全性较高，因此保密、机密的通信可以避免被敌方军事机构获取。
在政府机构方面，量子保密通信技术也可以用于国家机密信息的保护。
如同军事领域一样，量子保密通信技术可以防止黑客、间谍等非法分子窃取国家机密信息。
在金融领域，量子保密通信技术可以用于加强交易的安全性。
银行、证券交易等机构可以通过量子保密通信技术使得交易数据得以保护。
在电子商务方面，量子保密通信技术可以用于保护用户的个人隐私数据。
量子通信保密传输与量子密钥分发
量子通信保密传输与量子密钥分发量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，利用量子比特作为信息的基本单位，能够实现绝对安全的保密传输和密钥分发。
在传统通信方式中，信息的传输容易受到窃听和篡改的威胁，而量子通信则能够提供无法破解的安全保障。
一、量子通信保密传输在传统通信中，信息的加密与解密是通过密钥来实现的，而密钥的传输过程容易被窃听者获取。
然而，量子通信通过利用量子态的特性，可以实现信息的加密和解密过程的安全保障。
量子通信中的加密过程主要通过量子态的测量来实现。
发送方将信息转换为量子态，并通过公开信道将量子态发送给接收方。
由于量子态的测量会导致量子态的坍缩，窃听者无法截取到完整的信息。
只有接收方使用正确的密钥进行测量，才能还原出发送方的信息。
同时，通过量子态的坍缩，接收方能够检测到窃听者的存在，并且通信将会立即中断。
这种量子通信的方式确保了信息的安全传输，有效避免了窃听和篡改的风险。
二、量子密钥分发量子密钥分发是量子通信中的另一个重要概念。
传统的密钥分发方式中存在着窃听者获取密钥的风险，而量子密钥分发则能够实现无条件安全的密钥分发。
量子密钥分发采用了量子纠缠和量子测量的原理。
发送方和接收方首先建立起量子纠缠态，这种量子纠缠态的特性使得两端的比特之间是高度关联的。
然后，发送方随机选择一个测量基，并对自己的比特进行测量。
接收方也随机选择测量基对自己的比特进行测量，并将测量结果发送给发送方。
发送方和接收方之间的测量结果比对之后，可以得到一部分相同的比特，这部分比特将被作为密钥使用。
由于窃听者的存在，他们对比特进行了测量，结果与发送方和接收方之间的比对结果不同，因此他们无法获取正确的密钥。
这样，量子密钥分发就能够实现无条件安全的密钥分发。
三、应用前景量子通信的保密传输和密钥分发在信息安全领域具有巨大的潜力和应用前景。
首先，量子通信可以应用于政府机关、军事领域以及银行金融等对安全性要求极高的场景。
传统的加密方式不再安全可靠，而量子通信能够提供绝对安全的保密传输，有效保护重要信息的安全。
经典保密通信和量子保密通信区别
经典保密通信和量子保密通信区别摘要：文章介绍了经典保密通信和量子保密通信区别，说明了两者的根本区别。
经典保密通信安全性主要是依赖于完全依赖于密钥的秘密性，很难保证真正的安全。
而量子密码通信是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，其主要依赖于基本量子力学效应和量子密钥分配协议。
最后分析量子保密通信的前景和所要解决的问题。
关键词:量子通信、经典保密通信、量子保密通信、量子通信发展、量子通信前景经典保密通信一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。
密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性.它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。
具体操作时都要使用密码讲明文变为密文，称为加密，密码称为密钥。
完成加密的规则称为加密算法。
讲密文传送到收信方称为密码传送。
把密文变为明文称为解密，完成解密的规则称为解密算法。
如果使用对称密码算法，则K＝K’, 如果使用公开密码算法，则K 与K’不同。
整个通信系统得安全性寓于密钥之中。
公钥加密体系基于单向函数(one way function)。
即给定x，很容易计算出F (x)，但其逆运算十分困难。
这里的困难是指完成计算所需的时间对于输入的比特数而言呈指数增加。
另一种广泛使用的加密体系则基于公开算法和相对前者较短的私钥。
例如DES (Data Encryption Standard, 1977)使用的便是56位密钥和相同的加密和解密算法。
这种体系的安全性，同样取决于计算能力以及窃听者所需的计算时间。
事实上，1917年由Vernam提出的“一次一密乱码本”(one time pad) 是唯一被证明的完善保密系统。
这种密码需要一个与所传消息一样长度的密码本，并且这一密码本只能使用一次。
然而在实际应用中，由于合法的通信双方(记做Alice和Bob)在获取共享密钥之前所进行的通信的安全不能得到保证，这一加密体系未能得以广泛应用。
国标《量子保密通信应用基本要求》简析及应用
在国家的持续支持下，我国量子保密通信技术跻身全球领先地位，特别是初步构建了由“墨子号”“京沪干线”“国家广域量子保密通信骨干网络”等组成的星地一体量子保密通信网络，并成功在金融、政务等领域开展应用，为规模化推广打下坚实基础。
得益于设施的前瞻部署、示范应用的良好效果，量子保密通信标准化工作也取得了较好进展。
2017年6月，在工信部、中国科学院等相关部门的支持和指导下，中国通信标准化协会（CCSA）专门成立了“量子通信与信息技术特设任务组”（ST7），成员单位包括国科量子通信网络有限公司、科大国国标《量子保密通信应用基本要求》简析及应用文 缪亚军 李明翰 王宇舟近年来，党和国家进一步要求加强量子信息领域标准化工作和量子保密通信应用，特别是2021年10月与2022年12月，中共中央、国务院分别印发《国家标准化发展纲要》《扩大内需战略规划纲要（2022－2035年）》，明确提出“加强量子信息等关键技术领域标准研究”“以需求为导向，增强国家广域量子保密通信骨干网络服务能力”等要求。
盾量子技术股份有限公司等量子通信领域的创新型企业，以及国内三大电信运营商、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司等电信领域领军企业。
围绕量子通信技术、网络以及关键器件等开展标准化工作，截至2023年1月，ST7开展的标准工作包括《量子保密通信应用基本要求》等国家标准2项、《量子保密国标《应用要求》基本情况程碑意义。
国标《应用要求》于信集团有限公司、中国电信集团有限公司牵头，中国信息通信研究院、科大国盾量子技术股份有限公司等单位共同参与编制，经过五年间多轮讨论以及结合实践的不断完善，最终由全国通信标准化技术委员会（TC485）于2023年8月发布，并将于2024年3月实施。
该标准是我国首个面向应用的量子保密通信标准，主要内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、缩略语、概述、应用基本要求、应用场景七个部分，从安全性、可扩展性、高效性、鲁棒性等方面明确了量子保密通信系统和应用的基本要求，并给出了依托量子网络开展的典型应用场景，为规模化开展量子保密通信应用提供了规范性指导。
量子通信技术的创新模式研究
量子通信技术的创新模式研究量子通信技术作为信息科学的前沿领域，具有远程通信、加密通信和量子计算等多项重要应用。
然而，目前在实际应用中仍存在一些障碍。
为了推动量子通信技术的发展，研究人员不断探索新的创新模式。
本文将介绍目前正在研究的一些创新模式，并探讨其在量子通信技术领域的潜在应用。
1. 远距离量子通信远距离量子通信是指在大范围内实现量子信息传输。
当前，光纤是实现远距离量子通信的主要手段，但由于光纤的损耗和干扰问题，远距离通信的成功率仍然较低。
为了克服这些问题，研究人员提出了基于卫星的量子通信模式。
卫星可以在高空中建立起与地面站的量子通信链接，避免信号在光纤中的衰减。
此外，卫星通信还能覆盖更广阔的范围，有望实现更为可靠的远距离量子通信。
2. 量子保密通信量子保密通信是一种基于量子力学原理实现的保密通信方式。
传统的加密通信方法可能会受到计算机算力的限制，而量子保密通信则依赖于不可破解的量子特性，提供了更高的安全性。
当前，基于量子密钥分发的量子保密通信已成为研究的热点。
该模式利用了量子的测量不可干扰性，通过分发密钥的方式保证信息的安全传输。
未来，随着量子计算和量子网络的进一步发展，量子保密通信有望在信号保密性方面取得更大的突破。
3. 量子网络中的中继节点量子网络是指由多个量子节点组成的网络，用于远程量子通信和量子计算等任务。
在量子网络中，中继节点的作用非常重要。
中继节点可以实现在不同量子节点之间的量子信息传输，从而扩展网络的范围。
目前，研究人员正致力于开发新的中继节点技术，以提高网络的可靠性和传输效率。
一种被广泛研究的中继节点技术是量子中继。
该方法利用了量子纠缠的特性，可以在不直接传递信息的情况下实现远程量子通信。
4. 量子通信的商业化应用随着量子通信技术的发展，越来越多的研究机构和企业开始探索其商业化应用。
一些量子通信技术企业正在致力于开发量子通信设备和系统，以满足不同行业的需求。
例如，量子密码学技术被广泛用于金融行业的信息安全保护，量子网络技术可以应用于智能交通系统的实时监控和优化等领域。
量子保密通信协议的设计与实现
量子保密通信协议的设计与实现量子保密通信是利用量子力学的特性来确保通信过程中的安全性和机密性的一种通信方式。
与传统保密通信相比，量子保密通信具有不可复制性、窃听检测性以及信道安全性等特点，可以有效地抵御窃听攻击和信息泄露。
下面是量子保密通信协议的设计和实现的一般步骤和关键技术。
首先，量子通信涉及到量子比特（qubit）的传输和操作。
设计量子比特的传输通道是实现量子保密通信的基础。
传统通信中使用的光纤或者无线电波等传输媒介并不适用于量子通信，因为它们会引起量子态的退相干和退纯化。
因此，量子通信通常使用光学系统或者发射机制来传输量子比特。
其次，量子保密通信协议的设计和实现需要使用量子态的编码和解码方法。
常用的编码方法有相位编码、时间编码和极化编码等。
编码的目的是将传输的量子信息与噪声进行分离，从而对信息进行保护。
例如，相位编码将信息编码到不同的相位上，噪声对不同相位的影响将会被检测到，从而实现窃听检测。
第三，在量子保密通信中，密钥分发是一项关键任务。
常见的密钥分发协议包括BB84协议和E91协议等。
BB84协议主要基于单光子和不同偏振基之间的编码态进行密钥分发，利用了量子态的不可复制性实现了安全的密钥传输。
E91协议则利用了量子纠缠态和贝尔测量实现了密钥分发。
在密钥分发过程中，通信双方需要进行量子态的测量和公开比较，检测是否存在窃听行为。
最后，量子保密通信还需要进行窃听检测和量子隐形传态等操作。
窃听检测的目的是检测通信过程中是否存在窃听行为，如果检测到窃听，则终止通信。
量子隐形传态是一种特殊的量子保密通信方式，它利用了量子纠缠的特性实现了信道中信息的传输，而不是量子态的传输。
通过量子隐形传态，可以避免窃听的发生，提高通信的安全性。
综上所述，量子保密通信协议的设计和实现涉及到量子比特的传输和操作、量子态的编码和解码、密钥分发、窃听检测以及量子隐形传态等关键技术。
通过合理选择和组合这些技术，可以实现安全、可靠的量子保密通信。
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第一讲 量子保密通信
根据量子力学测量原理：
1 ( 2 1 ( 2
－ )
单光子的偏振
用基 测量，各有1/2的概率 得到态 或 1 0 • 利用单光子的偏振态作为量子比特编码信息
)
)
)
基
90°
0°
偏振分束器 0° 探测器1 探测器2
90°
1 ( 2 1 ( 2
利用量子纠缠现象，可以实现只传送一个量子位，
传输两个bit的经典信息。
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
Alice
Bob
Alice
Bob
ab
ab
ab
ab
测量仪器
4
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第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
Alice
X 0 1; X 1 0
Bob
Z 0 0 ; Z 1 1
Alice
Bob
Alice
Bob
00 11
0 1
2
01 01
1 00 11 00 2 2 1 01 10 01 2 2
00 11 0 1 2 000 011 100 111
1 23 (H 2 1 23 (H 2
2
V H
3
V V
2
H 3) V 3)
干，使得通信忠实度随着通信距离指数下降，而建立 在原子系综基础上的量子中继器节点结合了量子存储 技术和纠缠交换思想，可以在有损信道上实现鲁棒的 量子通信。
2
3
2
3）结果为
1 1234 ( 2
于1998年入选美国Science”年度国际十大科技进展”， 于1999年入选英国Nature特刊“百年物理学21篇经典论文”。
2004年奥地利Innsbruck大学和美国国家标准技术局 分别对离子阱中的原子实现了完全的量子隐形传态。
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
Nature2004年429卷的734页和737页上
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第一讲 量子保密通信
0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1……
信息的安全取决于密码的安全
发送者
窃听者
接收者
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
经典保密通信
• 经典保密通信的两种密码体制 －公钥加密体系 •非对称密钥 • RSA等 •不需要事先共享密钥 －私钥加密体系 •对称密钥 •AES、一次一密等 •需要事先共享密钥
8
经典加密—公钥加密体系
• 基于数学计算的 复杂度而非物理 的安全性 • 原则上可破译 • 分解速度越来越 快
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
经典加密—公钥加密体系
经典加密—私钥加密体系
• 共享相同的密钥 • 唯一无条件安全 的加密方式只有 “一次一密” • Shor算法 • 量子计算机：100亿年=1分钟
6
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第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
为了使纠缠在远距离分布，需要有量子中继器 （quantum repeater）来执行纠缠纯化和纠缠交换。纠缠 纯化就是把由于环境影响造成的纠缠损失给复原出来，而 纠缠交换就是力图建立远距离的纠缠。
纠缠交换的原理图
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
复杂度： 量子的不可分割性 量子态不可克隆 量子不确定性原理 一次一密
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
量子密码分发的三个关键部分
量子位传输经典信息；
经典通信传送一个经典位，可以、并且只能传送 1 bit 的经典信息。
1 p(0) , 2
p(1)
1 2
1 I log 2 ( ) 1(bit ) 2
1 ebit + 1 量子位通信 2 经典位通信
1 量子位通信 = 2 经典位 (Mod 1 ebit)
隐形传态的另一个最显著的特征是:仅仅两个经典 位可以传送未知态，也就是说两个经典位可以传 送无穷多信息。
01
1 01 10 1 0 2 2 1 01 10 1 0 2 2
ab
11 : 应用ZX
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
Alice希望传送量子态 如果
给Bob.
Alice
Bob
已知，可以传送经典信息；——经典通信；
如果态未知，应如何传送？ 利用量子纠缠现象，可以实现不发送任何量子位，而把 量子位未知态
传送出去。
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
缺点
易被 截获 无法 监控 重复 利用
载体
A盘 IC卡
特点
实时性 可监控性
经典方法无法保证密码的绝对安全
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
一、量子密码分发
1.密码保密通信原理： 密码：一个二进制随机位串
二、量子稠密编码
三、量子隐形传态 四、量子纠缠交换和量子中继器 五、量子通信与经典光通信比较
14
23
14
23
14
23
14
23
)
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
建立在双光子干涉和原子系综上的量子中继器节点
DLCZ方案的缺陷在于纠缠的产生是建立在单光子干 涉的基础上，潘等人利用双光子干涉巧妙地克服了 对信道长度抖动，即相位不敏感，从而提高了传输 距离。实验中建立了300米的量子通信通道。
第一讲 量子保密通信
• 在效率上，两种通信基本相同，但是由于量子测量，纠 缠增强的通信和计算使得量子通信可能有更高的码率； • 在复杂性方面，经典光通信的复杂度是合理的，已经应 用在实际中，而量子通信可以使得复杂度保持在一个较 低的水平； • 在技术上，两者在瞄准，收集和跟踪上技术比较成熟， 唯一区别在于量子信息没有光放大器，这是由量子不可 克隆定理决定的。在大气的影响下，它们都是一样的， 衰减依赖于选择的光波长和通信时间。
用基 测量，各有1/2的概率 或 得到态 1 0
基
45°
-45°
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
量子密码分发全过程
0 发 送 方 1 0 0 1 0 1 1 0
安全性分析
产生密码：0 发送方 经典 方法 窃听者 0 接收方
0
经典方法 量子方法
00:09 8 7 6 5 4 3 2 00:01
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第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
Alice
Bob
量子隐形传态可以看成是物理资源的一种相互交换.
1 ebit + 2 经典位通信 1 量子位通信
与稠密编码比较:
I 1 00 11 0 1 0 1 2 2 1 00 11 Z 0 1 0 1 2 2
ZX
X
0 1
0 1
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
实验实现
1997年,奥地利Zeilinger小组实现了光子偏振态的隐形传态 。
量子隐形传态实验，于
1997年入选欧洲物理学会“年度国际物理学十大进展”、 美国物理学会“年度国际物理学重大事件”，
D.Bouwmeester， J.W.Pan， et al.Experimental quantum teleportation, Nature 390,575579,1997.
稠密编码可以看作是物理资源的一种相互交换
00 11 2
ab
00 : 应用 I 01 : 应用 Z
10 : 应用X
00 11 2 00 11 2 00 11 2 00 11 2
00 11 2 00 11 2 10 01 2 10 01 2
1 ebit + 1 量子位通信 2 经典位通信
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第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
• 在速度上，量子通信和经典光通信的速度都不能 超过光速，速度主要由电子元器件决定； • 在信道容量上，由于量子稠密编码，使得量子通 信有比经典光通信更高的信道容量； • 在安全性上，经典光通信通过降低光束的发散角 来使得窃密者更难窃密，而量子保密通信则利用 严格的单光子源来保证无条件的安全性，后者是 建立在物理规律上；
1
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第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
Vernam密码体制
保密通信
如何在通信双方产生绝对安全的密码？
第一讲 量子保密通信
第一讲 量子保密通信
经典密码
量子密码
目的
内容 0 1 0 1 1 0 0 0 …… 密码本 U盘
产生绝对安全的密码 绝对安全
可以抵抗物理上 所允许的任何攻 击行为 密码是在通信过 程中产生的 可以监控任何窃 听行为
Y EZ ( X )
经典密码和量子密码的区别
DZ (Y )
解密算法：
X DZ (Y )
明文
密码 经典 载体 量子 载体
0
1
测量装置
例：加密算法： s mk 解密算法： s k m k k m 传输中的位串 本身不携带信息， 保密通信的关键是密码保密。