量子通信协议设计(彭家寅 著)思维导图
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通信基础9页知识点思维导图(纯洁版)
【T-MPLS/MPLS-TP】技术，我国用 PTN以【IP】为内核，最重要的特性【分组】+【传送】 PTN 分组传送网 Packet Transport Network P19---分组交换系统中路由器也以ip为内核
“量子交换” 分层达到可扩展 PTN 关键技术 QoS 同步以太网（基于物理层） 频率时间 同步技术 TOP（基于分组包） 分类 只传频率，不传时间 只传频率，不传时间 高质量时间同步，大大降低【3G】基站时间同 步问题，减少对【卫星】的依赖，【减少天馈 线】 SDH、OTN
通信基础
课本章节标题 努力要记住的内容 仪器名 一段话里的【关键字】 图例 喵喵喵喵喵喵喵喵喵喵喵喵
备注：多为口诀和理解
高频考点 说明 次高频考点 P111-----写不下了，去翻书本吧
交换的信息：
“控制用户网络”
用户信息 控制信息 网络管理信息 终端节点 构成：--通信网核心设备 交换节点 构成：---
反过来：近端串音增大
光缆、电缆 特点应用 P70
束管式 骨架式 接入网用蝶形引入光纤
【近端串音、衰减、结构回波损耗】等指标油提高
PTN 分组传送网 Packet Transport Network
跳转 【波长1mm-1m】【频率300M-300GHz】 视距传播 50km 端站 SDH微波中继通信组成 枢纽站 分路站 中继站 天线增益 微波天线参数 （一般是个锅盖）
优越的【偏振模色散系数】
G653
日本人使用
3-安倍晋三-日本
1550nm色散为零==》不利于WDM传输
有微量色散是好事儿，四波混频会减小
G654 单模光纤
海底光缆
4-海四
1310nm色散为零 1550nm衰减最小，为工作波长 适合长距离
第二章 网络安全协议
崇德博智 扶危定倾
2.1 TCP/IP协议簇 2.1.1 TCP/IP协议簇的基本组成 OSI参考模型是指用分层的思想把计算机之间的 通信划分为具有层间关系的七个协议层，要完成一 次通信，需要在七个相对独立的协议层上完成各自 进程才能实现，但TCP/IP参考模型却只用了四层， 如图2-1-1所示。 TCP/IP协议是20世纪70年代中期，美国国防部 为其ARPANET开发的网络体系结构和协议标准。 以TCP/IP为基础建立的因特网是目前国际上规模最
崇德博智 扶危定倾
2.1 TCP/IP协议簇
(4) 在TCP/IP协议簇中的各种应用层协议(如Telnet、 FTP、SMTP等)缺乏认证和保密措施，这就为欺骗、否认、 拒绝、篡改、窃取等行为开了方便之门，使得基于这些缺陷 和漏洞的攻击形式多样。
崇德博智 扶危定倾
2.2 为了解决TCP/IP协议簇的安全性问题，弥补 TCP/IP协议簇在设计之初对安全功能的考虑不足， 以Internet工程任务组(IETF)为代表的相关组织不断 通过对现有协议的改进和设计新的安全通信协议， 对现有的TCP/IP协议簇提供相关的安全保证，在协 议的不同层次设计了相应的安全通信协议，从而形 成了由各层安全通信协议构成的TCP/IP协议簇的安 全架构，具体参看图2-2-1
崇德博智 扶危定倾
3. 网络层的安全协议 IPSec(Internet Protocol Security，IEEE标 准): 为通信双方提供机密性和完整性服务。
4. 网络接口层的安全协议 (1) PPTP(Point to Point Tunneling Protocol)： 点 (2) L2F(Layer 2 Forwarding): 第二层转发协议。 (3) L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol): 综合了 PPTP和L2F
《量子通信》课件
量子密钥分发基于量子力学中的不确定性原理和测量 坍缩 原理，能够检测到窃听者对量子态的干扰，从而保证密钥 分发的安全性和可靠性。
量子密钥分发的安全性
量子密钥分发利用量子态的不可克隆性和测量 坍缩原理，确 保了密钥分发的安全性。在量子密钥分发过程中，任何窃听 者对量子态的干扰都会被检测到，从而保证了通信双方能够 生成相同的密钥。
量子系统可以同时处于多个状态的叠加态，即一个量子比特可以同时表示0和1 。
量子纠缠
两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联，当一个量子比特的状态发生变 化时，另一个量子比特的状态也会相应地发生变化，无论它们相距多远。
量子密钥分发
量子密钥分发
利用量子态的特性，通过量子信 道安全地分发密钥，用于加密和 解密信息。
量子随机数生成器
量子随机数生成器
利用量子力学的特性，产生真正的随机数，这些随机数在应用中具有很高的价值和重要性 。
量子随机数生成器的原理
基于量子力学的测量原理，每次测量都会得到一个随机的结果，因此可以用来产生真正的 随机数。
量子随机数生成器的应用
在密码学、统计学、计算机科学等领域中都有广泛的应用，例如在加密算法、模拟和机器 学习中都需要用到随机数，而量子随机数生成器可以提供更安全和更可靠的随机数源。
与传统的加密方式相比，量子通信需要更加复杂的设备和 更高的技术要求。然而，随着技术的不断进步和成本的降 低，量子通信将在未来得到更广泛的应用和推广。
PART 05
量子通信的挑战与未来发 展
量子通信的挑战
技术成熟度
目前量子通信技术仍处于发展 阶段，尚未完全成熟，需要进
一步研究和改进。
通信安全
虽然量子通信具有很高的安全 性，但仍面临一些潜在的安全 威胁和攻击，需要加强安全防 护措施。
量子密钥分发的安全性
量子密钥分发利用量子态的不可克隆性和测量 坍缩原理，确 保了密钥分发的安全性。在量子密钥分发过程中，任何窃听 者对量子态的干扰都会被检测到，从而保证了通信双方能够 生成相同的密钥。
量子系统可以同时处于多个状态的叠加态，即一个量子比特可以同时表示0和1 。
量子纠缠
两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联，当一个量子比特的状态发生变 化时，另一个量子比特的状态也会相应地发生变化，无论它们相距多远。
量子密钥分发
量子密钥分发
利用量子态的特性，通过量子信 道安全地分发密钥，用于加密和 解密信息。
量子随机数生成器
量子随机数生成器
利用量子力学的特性，产生真正的随机数，这些随机数在应用中具有很高的价值和重要性 。
量子随机数生成器的原理
基于量子力学的测量原理，每次测量都会得到一个随机的结果，因此可以用来产生真正的 随机数。
量子随机数生成器的应用
在密码学、统计学、计算机科学等领域中都有广泛的应用，例如在加密算法、模拟和机器 学习中都需要用到随机数，而量子随机数生成器可以提供更安全和更可靠的随机数源。
与传统的加密方式相比，量子通信需要更加复杂的设备和 更高的技术要求。然而，随着技术的不断进步和成本的降 低，量子通信将在未来得到更广泛的应用和推广。
PART 05
量子通信的挑战与未来发 展
量子通信的挑战
技术成熟度
目前量子通信技术仍处于发展 阶段，尚未完全成熟，需要进
一步研究和改进。
通信安全
虽然量子通信具有很高的安全 性，但仍面临一些潜在的安全 威胁和攻击，需要加强安全防 护措施。
量子通信技术量子纠缠科技内容PPT演示
一种新型的通讯方式，
是迄今为止唯一被严格数学证明的绝对安全，
其核也就是通过量子密钥分发，
实现相距遥远的通信双方共享绝对安全的
鱼子密钥。
量子通信
2018 年1月，
潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，
联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、国家天文台等，
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，
与奥地利科学院AntonZeilinger研究组合作，
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
利用“墨子号”量子科学实验卫星， 它生活在沙漠里，不需要水源也可以生存，它的形状像手掌一样，并且满身长着细细的像针一样的刺。记得上次妈妈刚买回的仙人掌，不知道是谁把它放在凳子上了，我也没注意一屁股坐上去了疼得我嗷嗷大叫。
在全球已
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
是迄今为止唯一被严格数学证明的绝对安全，
其核也就是通过量子密钥分发，
实现相距遥远的通信双方共享绝对安全的
鱼子密钥。
量子通信
2018 年1月，
潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，
联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、国家天文台等，
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，
与奥地利科学院AntonZeilinger研究组合作，
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
利用“墨子号”量子科学实验卫星， 它生活在沙漠里，不需要水源也可以生存，它的形状像手掌一样，并且满身长着细细的像针一样的刺。记得上次妈妈刚买回的仙人掌，不知道是谁把它放在凳子上了，我也没注意一屁股坐上去了疼得我嗷嗷大叫。
在全球已
它生活在沙漠里，不需要水源也可以 生存， 它的形 状像手 掌一样 ，并且 满身长 着细细 的像针 一样的 刺。记 得上次 妈妈刚 买回的 仙人掌 ，不知 道是谁 把它放 在凳子 上了， 我也没 注意一 屁股坐 上去了 疼得我 嗷嗷大 叫。
量子通信V4.0.ppt
征粒量子子的态能是量指、原旋子转、、中运子动、、质磁子场等以粒及子其的他状的态物，理它特可性表。
量子信息的单元 称为量子比特。
量子比特（即量子态）的物理载体：光子，电子，原 子，核自旋，… …
以量子态作为信息单元，“信息”就量子化。 以“比特”作为信息单元的是经典信息，以“量子 比特”作为单元的是量子信息。
2024/6/1
纠缠
• 现在有两个光子，A光子可以有两种状态，一 个极化方向向上，一个极化方向向下。同样B 光子也有向上和向下的极化方向。在数学上， A的向上乘上B的向下，减掉A的向下，乘上B 的向上，乘上根号2。这个状态一般叫做两个 光子纠缠不清的状态。
A, B 1
2
AB
AB
2024/6/1
《武林外传》中关于“我”的哲学问题
---知识就是力量
2024/6/1
量子力学对我们生活的启示
• 在最宏大的视野里，宇宙中运行着的星球的角落 里所发生的细微的量子过程，将宇宙一次次的分 裂。因而，地球连同我们被一次次的复制，数目 巨大到难以想象的宇宙的不同版本在同时上演。 在我们每一次的选择中，宇宙被分裂成几个世界， 因而你的不同版本的生命形态在同时上演，可见 我们每个人的生命都是丰富多彩的~~
•
设想空间中有一个微观粒子，任何时
刻有可能在空间中任何点探测到粒子（类
似经典波的特性），但一旦探测到只能在
其中一个探测器处发现该粒子（类似经典
粒子的特性）。
C
B
A
2024/6/1
A,B,C,…为探测器
经典粒子在某个时刻只能处于确定的物理状 态上； 量子粒子则可以同时处于各种可能的物理状 态上（叠加态）。 在量子力学中微观粒子的状态用波函数描述。
第四章量子通信原理(2)——大学物理讲义资料文档
31
32
空间量子通信关键技术
• 关键技术 • 单光子捕获技术，减少自然光对通信的影响 • 空域滤波 • 频域滤波 • 时域滤波 • 时间同步技术 • 依靠与数据脉冲不同波长的周期明亮脉冲锁定 • 时刻 • 中继技术，量子中继器的应用
33
空间量子通信关键技术
• 关键技术 • 瞄准捕获跟踪技术 • 借助卫星光通信中的瞄准捕获跟踪技术 • 偏振跟踪技术 • 采用基于半波片的偏振跟踪技术，通过旋转半 • 波片实现对偏振“零”方向的跟踪
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
Probability
1 Number of photon
2
7
真正的单光子源
Particle like
Wave-like during propagation
Particle like
V+
8
量子通信单光子源
• 参量下转换产生纠缠光子对
26
• QED • 用户端为腔QED • 每个用户(nod)为一 • 个量子系统 • 量子态存储 • 量子态测量
• 系综 • 纠缠纯化 • 有效提高信道长度
27
经典网络中服务器
✓网上用户共知 ✓固定地址 ✓为用户提供服务 ✓通信控制管理 ✓共享资源 ✓基本任务 ✓处理各个网络工作站提交的网络请求
22
偏振和相位编码方式
MZ干涉仪的工作原理
23
现行的通用方案—plug-play system
Evolution of the polarization state of a light pulse represented on the Poincare´ sphere over a round-trip propagation along an optical fiber terminated by a Faraday mirror.
32
空间量子通信关键技术
• 关键技术 • 单光子捕获技术，减少自然光对通信的影响 • 空域滤波 • 频域滤波 • 时域滤波 • 时间同步技术 • 依靠与数据脉冲不同波长的周期明亮脉冲锁定 • 时刻 • 中继技术，量子中继器的应用
33
空间量子通信关键技术
• 关键技术 • 瞄准捕获跟踪技术 • 借助卫星光通信中的瞄准捕获跟踪技术 • 偏振跟踪技术 • 采用基于半波片的偏振跟踪技术，通过旋转半 • 波片实现对偏振“零”方向的跟踪
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
Probability
1 Number of photon
2
7
真正的单光子源
Particle like
Wave-like during propagation
Particle like
V+
8
量子通信单光子源
• 参量下转换产生纠缠光子对
26
• QED • 用户端为腔QED • 每个用户(nod)为一 • 个量子系统 • 量子态存储 • 量子态测量
• 系综 • 纠缠纯化 • 有效提高信道长度
27
经典网络中服务器
✓网上用户共知 ✓固定地址 ✓为用户提供服务 ✓通信控制管理 ✓共享资源 ✓基本任务 ✓处理各个网络工作站提交的网络请求
22
偏振和相位编码方式
MZ干涉仪的工作原理
23
现行的通用方案—plug-play system
Evolution of the polarization state of a light pulse represented on the Poincare´ sphere over a round-trip propagation along an optical fiber terminated by a Faraday mirror.
量子通信PPT概况
15/17
10.量子通信的应用
在网络信息安全威胁日益严峻的大背景下， 量子通信作为能够在物理层提供无法被窃听和破 解的绝对安全信息传输的通信技术手段，对于网 络安全和国家安全的战略意义不言而喻。
同时随着量子通信技术的发展，量子通信必 将作为常规通讯手段，走入寻常百姓家。
16/17
Thank you!
2.1993提出量子隐形传送的方案
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。
13/17
9.中国贡献
3.1997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。 4.中科大潘建伟教授及其同事，首次实现了具有存储和 读出功能的纠缠交换，实现了“量子中继器”，向量 子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。 5.2010年，中国科技大学和清华大学的自由 空间量子通信实验将通信距离从数百米记 录一步跨越到16公里。 6.2012.08.09，中国科技大学的研究人员再 次创造了新纪录，将通信距离扩大到了97 公里，横跨中国的一个湖泊。
17/17
量子通信
电信工（1）班 秦善达 方诚
1/17
1、量子通信的起源
爱斯派克特和他的小组成功地完成了 1982年，法国物理学家艾伦· 一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在。
在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学C.H.Bennett提出 了量子通信（Quantum Teleportation）的概念。
10/17
7.量子通信传输的信息
经 典 信 息
用于 量子密钥的传输 但是，量子力学的不确定性原理 不允许精确地提取原物的全部信 息，这个复制品不可能是完美的。 因此长期以来，隐形传送不过是 一种幻想而已 幻想 所谓隐形传送指的是脱离实物的一 种“完全”的信息传送。从物理学 角度，可以这样来想象隐形传送的 过程：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 11/17 物完美的复制品。 量 子 信 息 用于
10.量子通信的应用
在网络信息安全威胁日益严峻的大背景下， 量子通信作为能够在物理层提供无法被窃听和破 解的绝对安全信息传输的通信技术手段，对于网 络安全和国家安全的战略意义不言而喻。
同时随着量子通信技术的发展，量子通信必 将作为常规通讯手段，走入寻常百姓家。
16/17
Thank you!
2.1993提出量子隐形传送的方案
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。
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9.中国贡献
3.1997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。 4.中科大潘建伟教授及其同事，首次实现了具有存储和 读出功能的纠缠交换，实现了“量子中继器”，向量 子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。 5.2010年，中国科技大学和清华大学的自由 空间量子通信实验将通信距离从数百米记 录一步跨越到16公里。 6.2012.08.09，中国科技大学的研究人员再 次创造了新纪录，将通信距离扩大到了97 公里，横跨中国的一个湖泊。
17/17
量子通信
电信工（1）班 秦善达 方诚
1/17
1、量子通信的起源
爱斯派克特和他的小组成功地完成了 1982年，法国物理学家艾伦· 一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在。
在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学C.H.Bennett提出 了量子通信（Quantum Teleportation）的概念。
10/17
7.量子通信传输的信息
经 典 信 息
用于 量子密钥的传输 但是，量子力学的不确定性原理 不允许精确地提取原物的全部信 息，这个复制品不可能是完美的。 因此长期以来，隐形传送不过是 一种幻想而已 幻想 所谓隐形传送指的是脱离实物的一 种“完全”的信息传送。从物理学 角度，可以这样来想象隐形传送的 过程：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 11/17 物完美的复制品。 量 子 信 息 用于
精品课件-量子通信(研究生 裴昌幸)-第四章 量子密钥分发
4.2.1 BB84协议
1984年，美国IBM公司的研究员Bennett和加拿大蒙 特利尔（Montreal）大学学者Brassard共同提出了利用 光子偏振态来传输信息的量子密钥分发协议，简称BB84协 议。
协议描述：
BB84协议采用四个非正交态为量子信息的载体，这 四个态分属于两组共轭基，每组基内的两个态相互正交。 两组基互为共轭是指：一组基中的任一基矢在另一组基中 的任何基矢上的投影都相等，非正交态间无法通过测量彻 底分辨。
（8）Alice和Bob对协商后的密钥作进一步纠错和密性放 大，最终得到无条件安全的密钥。
Alice准备的比特串
Alice发送的光子序列 Bob选择的测量基
Alice和Bob保存的结果
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
↑
→
→
↘
↘
↑
↗
↑
↗
↘
↑
→
↘
↗
↑
↘
Bob得到的原始密钥
1
0
1
0
1
1
Alice和Bob协商
（2）Bob对接收到的每一个光子随机选择测量基进行测量。 （3）Bob通过经典信道告诉Alice哪些位置获得确定的测量结
果，但是并不公开选用的测量基。
（4）Alice和Bob保留所有获得确定测量结果的量子比特和测 量基，其余丢弃。
（5）Alice和Bob从原始密钥中随机选择部分比特公开比较进 行窃听检测，误码率小于门限值的情况下，进行下一步；否则 认为存在窃听，终止协议。
同步信号和单光子脉冲通过波分复用器进行复用，到达 接收端后解复用，进行光电转换，用作单光子探测器的触发 脉冲。
量子通信基础第五章
Alice
Bob2
进行量子通信，必须依靠Alice中转密钥。
Bobn
图5-1 光学分束器构成的QKD网络结构图
5 2020/3/25
1, 基于光学节点的QKD网络
随后出现了许多此网络的改进型网络，例如，基于WDM的树形量子 密钥分配网络、基于光纤布拉格光栅(FBG， Fiber Bragg Grating)的总线型 量子密钥分配网络、基于光分插复用(OADM, Optical Add/Drop Multiplexer) 的总线型量子密钥分配网络、以及基于Sagnac干涉仪的环形量子密钥分配 网络。
13 2020/3/25
2 基于信任节点的QKD网络
基于信任节点的量子密钥分发网络是由多条QKD链路与信任节点 按照一定的拓扑结构连接而成。
当网络中的两个主机要进行保密通信时，他们首先在经典信道上 通过身份认证技术建立起连接供加密后的经典信息使用。然后，利 用每个节点上生成的量子密钥对要发送的信息依次进行“加密-解密加密-…-解密”的操作。网络中的每个节点都可以完成密钥的存取， 分发，筛选，安全评估，误码协调，保密增强，密码管理等任务， 每两个节点可以通过以上的操作协商出一套共有的安全密钥，并用 这套密钥对信息进行加密解密的操作。当解密完成后，信息所在的 节点再用与下一个节点共有的密钥对信息进行加密并将加密后的信 息通过经典信道传输出去。假设点对点的密钥分发的安全性可以保 证（目前这种安全性通过实验已经得到了部分证实），则通过信任 节点连接的网络就可以在理论上实现远距离多用户的绝对保密通信。
Alice 利用Mach-Zehnder干涉仪随机调制四个相位之一，进行编码， Bob利用另一个Mach-Zehnder干涉仪随机选择两相位之一用于解码，探 测器用InGaAs雪崩二极管，工作温度-55c.系统照片如Fig2所示。
量子密钥分配的原理示意图
图1为量子密钥分配的原理示意图，图1左图中的小黄球代表单个光子，黑色箭头代表光子的偏振方向，左边蓝色人是信息发送方，而绿色人是接收方。
收发双方都手持偏振滤色片，发送方有四种不同的滤色片，分别为上下、左右偏振（第一组）、上左下右、上右下左偏振（第3组）4种滤色片，发送方把不同的滤色片遮于光子源前，就可分别得到4种不同偏振的光子，分别用来代表“0”和“1”。
请注意，每个代码对应于两种不同的光子偏振状态，它们出自两组不同偏振滤色片（图1中的左下角，它和通常光通信的编码不尽相同）。
接收方就只有两种偏振滤色片，上下左右开缝的“+”字式和斜交开缝的“×”字式。
由于接收方无法预知到达的每个光子的偏振状态，他只能随机挑选两种偏振滤色片的一种。
接收方如果使用了“+”字滤色片，上下或左右偏振的光子可以保持原量子状态顺利通过（见图中上面的第一选择，接收方用了正确的滤色片），而上左下右、上右下左偏振的光子在通过时量子状态改变，变成上下或左右偏振且状态不确定（见图1中第四选择，用了错误的滤色片）。
接送方如果使用×字滤色片情况正好相反，见图1中第2选择（错误）和第3选择（正确）。
图1 量子密钥分配技术原理示意图1右图第1横排是发送方使用的不同偏振滤色片，从左至右将9个不同偏振状态的光子随时间先后逐个发送给下面绿色接收方，这些光子列于第2排。
接收方随机使用“+”字或“×”字偏振滤色片将送来的光子逐一过滤，见第3排，接收到的9个光子的状态显示在第4排。
这里是密钥（key）产生的关键步骤：接收方通过公开信道（电子邮件或电话）把自己使用的偏振滤色片的序列告知发送方，发送方把接收方滤色片的序列与自己使用的序列逐一对照，然后告知接收方哪几次用了正确的滤色片（图2，打勾✔的1，4，5，7，9）。
对应于这些用了正确滤色片后接收到的光子状态的代码是：00110，接发双方对此都心知肚明、毫无疑义，这组代码就是它们两人共享的密钥。
SimpleMind 北邮通信原理 思维导图 第一章 绪论
80年 代 发 展 成 数 字 无 绳 电 话 90年 代 初 ， 西 欧 各 国 相 继 开 通 采 用 时 分 多 址 （ TDMA） 的 GSM系 统
美 国 开 发 了 码 分 多 址 （ CDMA） 的 IS-95系 统
最近，发展宽带多媒体的第三代蜂窝移动通信系统
个人通信：任何人，在任何时间，任何地点， 可与任何对象（人或计算机），互通任何信息
分组交换
90年 代 移 动 通 信 GSM系 统 的 引 入
时分多址
PCM调 制
1. 易 于 加 密 2. 无 噪 声 积 累
促进数据通信的发展
计算机通视
软件无线电
在 射 频 进 行 模 数 （ A/D） 转 换 ， 把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化
1948年
勃拉登等发明了晶体管
集成电路
与通信技术相结合，使通信设备日益计算机化， 而计算机借助通信日益网络化
超大规模集成电路
使刚出现的数字计算机得到迅猛的发展
1. 数 字 化
1937年 ， 里 夫 提 出 用 脉 码 调 制 对 语 音 信 号 编 码
1971年 ， 阿 帕 网 开 始 投 入 使 用
1948年勃拉登等发明了晶体管集成电路超大规模集成电路使刚出现的数字计算机得到迅猛的发展与通信技术相结合使通信设备日益计算机化而计算机借助通信日益网络化器件和技术影响电信技术和电信产业4个发展方向数字化1937年里夫提出用脉码调制对语音信号编码pcm调制无噪声积累1971年阿帕网开始投入使用分组交换促进数据通信的发展计算机通信从局域网向广域网以至因特网发展90年代移动通信gsm系统的引入时分多址数字广播与数字电视软件无线电在射频进行模数ad转换把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化使设备超小型化并具有多种功能远程和大容量化1
美 国 开 发 了 码 分 多 址 （ CDMA） 的 IS-95系 统
最近，发展宽带多媒体的第三代蜂窝移动通信系统
个人通信：任何人，在任何时间，任何地点， 可与任何对象（人或计算机），互通任何信息
分组交换
90年 代 移 动 通 信 GSM系 统 的 引 入
时分多址
PCM调 制
1. 易 于 加 密 2. 无 噪 声 积 累
促进数据通信的发展
计算机通视
软件无线电
在 射 频 进 行 模 数 （ A/D） 转 换 ， 把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化
1948年
勃拉登等发明了晶体管
集成电路
与通信技术相结合，使通信设备日益计算机化， 而计算机借助通信日益网络化
超大规模集成电路
使刚出现的数字计算机得到迅猛的发展
1. 数 字 化
1937年 ， 里 夫 提 出 用 脉 码 调 制 对 语 音 信 号 编 码
1971年 ， 阿 帕 网 开 始 投 入 使 用
1948年勃拉登等发明了晶体管集成电路超大规模集成电路使刚出现的数字计算机得到迅猛的发展与通信技术相结合使通信设备日益计算机化而计算机借助通信日益网络化器件和技术影响电信技术和电信产业4个发展方向数字化1937年里夫提出用脉码调制对语音信号编码pcm调制无噪声积累1971年阿帕网开始投入使用分组交换促进数据通信的发展计算机通信从局域网向广域网以至因特网发展90年代移动通信gsm系统的引入时分多址数字广播与数字电视软件无线电在射频进行模数ad转换把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化使设备超小型化并具有多种功能远程和大容量化1
量子信息导论 量子计算部分详解
α|0〉 + β|1〉 其中α, β其中为满足下式的任意两个复数
| α | 2 + | β | 2 = 1.
中国科学技术大学 陈凯
(Classical) Information
Information Technology
QuantumInfor mation
中国科学技术大学 陈凯
量子信息处理的概念和内涵
Shor算法
ã 计算步数 ã 利用经典THz计算机分解
300位的大数，需1024步， 150000年。 ã 利用Shor算法THz计算机， 只需1010步，1秒！ ã RSA将不再安全！
P. W. Shor
L. K. Grover
Grover搜寻算法
ã 如何在草堆中 找到一根针？
ã 经典搜寻：N 步 ã 量子搜寻：N1/2 步 ã 可破译DES密码：
The DARPA Quantum Network
中国科学技术大学 陈凯
NIST Quantum Communication Testbed
中国科学技术大学 陈凯
1 Mbit/s over 4km (2006年)
SECOQC QKD网络拓扑和分布
中国科学技术大学 陈凯
SECOQC QKD节点组成
新华社金融信息交易所
金融信息量子通信验证网(2012)
中国科学技术大学 陈凯
合肥城域量子通信试验示范网 (46个节点, 2012年)
美国量子信息国家战略 －－以LANL为例
鼓励交叉研究 理论与实验相结合
中国科学技术大学 陈凯
量子信息处理的物理实现
• Liquid-state NMR • NMR spin lattices • Linear ion-trap
| α | 2 + | β | 2 = 1.
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(Classical) Information
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QuantumInfor mation
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量子信息处理的概念和内涵
Shor算法
ã 计算步数 ã 利用经典THz计算机分解
300位的大数，需1024步， 150000年。 ã 利用Shor算法THz计算机， 只需1010步，1秒！ ã RSA将不再安全！
P. W. Shor
L. K. Grover
Grover搜寻算法
ã 如何在草堆中 找到一根针？
ã 经典搜寻：N 步 ã 量子搜寻：N1/2 步 ã 可破译DES密码：
The DARPA Quantum Network
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NIST Quantum Communication Testbed
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1 Mbit/s over 4km (2006年)
SECOQC QKD网络拓扑和分布
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SECOQC QKD节点组成
新华社金融信息交易所
金融信息量子通信验证网(2012)
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合肥城域量子通信试验示范网 (46个节点, 2012年)
美国量子信息国家战略 －－以LANL为例
鼓励交叉研究 理论与实验相结合
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量子信息处理的物理实现
• Liquid-state NMR • NMR spin lattices • Linear ion-trap
量子通信BB84
量子密钥分配基本原理以目前广泛使用的BB84协议（偏振）为例。
一、量子通信系统结构图密钥分配网络：（1）量子信道：传输光子序列，一般为光纤；（2）经典公共信道：传输测量方法（测量基序列）；通信网络：（3）经典公共信道：传输加密后密文；二、光子偏振态与偏振测量假设光子偏振态分别为90°，45°，0°，-45°，对应四类光子。
表1 偏振测量表三、量子密钥分配过程表2 偏振对应表表3 密钥分配过程状态表（1）Alice产生随机序列01101001；（2）Alice随机选择测量基序列＋＋×＋×××＋；（3）通过偏振对应表得到偏振序列↑→↘↑↘↗↗→，通过量子信道（专用光纤通道）将偏振光子传送给Bob；（4）Bob得到偏振光子序列↑→↘↑↘↗↗→，但并不知道具体偏振态；（5）Bob随机选择测量基序列＋×××＋×＋＋（1/2概率选对）；（6）Bob测量得到偏振态序列↑↗↘↗→↗→→；（7）Bob和Alice使用公共信道互相发送（公布）测量基序列，比对后，舍弃不同的测量基和偏振态序列，保留相同的，即此时：Alice随机数序列：0舍1舍舍0舍1，即0101Alice测量基序列：＋舍×舍舍×舍＋Alice偏振态序列：↑舍↘舍舍↗舍→Bob 测量基序列：＋舍×舍舍×舍＋Bob 偏振态序列：↑舍↘舍舍↗舍→Bob由偏振对应表，通过测量基和偏振态序列得到Bob随机数序列：0舍1舍舍0舍1，即0101（8）Bob和Alice使用公共信道互相发送（公布）部分密钥如0，比对无误后，使用剩下的密钥101进行加密通信。
量子不可复制性保障安全：单光子偏振态在测量前是未知的，测量后确定偏振态，但得到偏振态与原偏振态不一定相同，1/2概率选择正确测量基不改变偏振态，1/2概率选择错误测量基改变偏振态。
量子通信的原理PPT课件
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Thank you!
东山中学理化协会
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精品课件-量子通信(研究生 裴昌幸)-第一章 概述
量子通信发展现状
我国在量子通信起步比较晚，但发展也很快：1995年，中 国科学院物理所在国内首次完成了自由空间BB84量子密钥 分发协议的演示实验。
在国内，2007年，中国科学技术大学在北京网通公司商用 通信网络上基于波分复用器实现了四用户QKD，又实现了3 个用户的诱骗态量子通信网络，并且实现了量子保密话音 通信。2012年我国先后建成了“金融信息量子通信验证网” 和“合肥城域量子通信实验示范网”，节点数目和规模不 断扩大。
1.3 量子通信发展现状与展望
量子通信发展现状 量子通信发展展望
量子通信发展现状
自从1984年BB84协议出现后，各种协议不断被提了出来， 除了单光子脉冲的偏振自由度、相位、时间、频率自由度 也被挖掘了出来，从而派生出了各种不同的实现方法。制 备-测量型量子通信系统基于单光子，传输信道为单模光 纤或自由空间。
经典信道（加密数据， QKD辅助信息）
量子信道
接收方
经典保密通信 系统
密钥池
经典辅 助信息
量子密钥分发 系统
量子间接通信
量子间接通信可以传输量子信息，但不是直接传输，而是 利用纠缠粒子对，将携带信息的光量子与纠缠光子对之一 进行贝尔态测量，将测量结果发送给接收方，接收方根据 测量结果进行相应的酉变换，从而可恢复发送方的信息， 如图下所示。这种方法称为量子隐形传态（Quantum Teleportation），应用量子力学的纠缠特性，基于两个粒 子具有的量子关联特性建立量子信道，可以在相距较远的 两地之间实现未知量子态的远程传输。
量子通信发展展望
量子通信网络向覆盖全球发展，实现长距离量子通信的一 种方法是借助于量子中继器，需要采用量子纠缠交换和纠 缠纯化，由于纠缠交换成功的概率性使得建立两个远程终 端之间的纠缠的时延较长；另一种方法是基于卫星的量子 通信，目前欧洲和我国都在准备开展基于卫星的实验，我 国预计2016年发射量子科学卫星，这样覆盖全球的量子通 信指日可待。
量子通信网络的新型拓扑结构设计
量子通信网络的新型拓扑结构设计量子通信是一种安全、高效的通信方式。
其优势在于，量子信息在传输过程中无法被窃取或窃听，因此在军事、金融等领域得到广泛应用。
但是，要建立一个大规模的量子通信网络并非易事。
由于通常的网络拓扑结构设计基于传统的通信方式，新的量子通信网络需要新的拓扑结构设计方案。
在传统的通信网络中，经典信息通过光纤进行传递，而量子信息需要通过量子纠缠等量子现象进行传输。
这种传输方式需要考虑到的因素比传统的通信方式更多。
传统网络中采用的1-hop、2-hop、3-hop等拓扑结构可能不再适用于量子通信网络。
因此，研究人员针对量子通信网络的特点，进行拓扑结构的研究和设计。
已经提出了若干新型的拓扑结构，包括花卉、蝴蝶、香草糖果等。
花卉型拓扑结构是指网络中的节点以花瓣为中心，通过花瓣之间的边缘连接起来。
该结构具有容错性强、复杂度低等优点，非常适合应用于量子通信网络。
蝴蝶型拓扑结构是指网络中的节点和链路形成一个蝴蝶的形状，类似于集线器和交换机之间的连接。
这种结构形态简洁、可扩展性强，是建立大规模量子通信网络的好选择。
香草糖果型拓扑结构是一种与传统网络结构完全不同的拓扑结构。
该结构是将整个网络划分为多个小组，每个小组内部采用星型结构，不同小组之间通过一些设备相互连接起来。
香草糖果型拓扑结构的优点是，具有高度的容错性和可扩展性，但是其复杂性较高，需要考虑多个设备之间的协作问题。
总的来说，量子通信网络的新型拓扑结构设计是一个必要的任务。
不同的拓扑结构有着不同的优缺点，需要根据实际情况进行选择。
但是，随着科技的不断进步和发展，一定会出现更好的拓扑结构设计方案，为量子通信网络的建设提供更加可靠、高效的保障。
量子通信网络构建研究
数智创新 变革未来
量子通信网络构建
目录页
Contents Page
1. 量子通信网络的基本原理 2. 量子密钥分发技术研究 3. 量子中继器在网络中的应用 4. 量子通信网络的拓扑结构 5. 量子通信网络的安全性分析 6. 量子通信网络的实现挑战 7. 量子通信网络的发展趋势 8. 量子通信网络的应用案例
1.量子密钥分发协议是量子密钥分发技术的核心，主要包括BB84协议、EKERT协议等。 2.不同的量子密钥分发协议具有不同的优缺点，如BB84协议简单易实现，但存在安全隐患； EKERT协议安全性较高，但实现复杂。 3.针对现有协议的不足，研究人员正在不断提出新的量子密钥分发协议，以提高安全性和效率。
▪ 量子态的叠加和纠缠
1.量子态的叠加是指一个量子系统可以处于多个状态的线性组合，这使得量子通信具有并行处 理能力。 2.量子纠缠是指两个或多个量子系统之间的关联性，使得一个系统的测量结果会立即影响到另 一个系统的状态。 3.量子态的叠加和纠缠为量子通信提供了理论基础，使得信息传输更加高效和安全。
量子通信网络的基本原理
▪ 量子中继器在网络中的应用
1.量子中继器可以用于构建长距离量子通信网络，实现全球范围内的安全信息传输 。 2.量子中继器可以应用于金融、政务、军事等领域，保障信息安全和隐私保护。 3.量子中继器可以与其他量子通信设备相结合，如量子密钥分发系统、量子计算节 点等，构建完整的量子信息处理平台。依赖于量子力学原理，如海森堡不确定性原理和不可克隆定理。 2.量子中继器的可靠性受到纠缠源、存储器和测量设备等因素的影响，需要采取相应的技术措施进 行优化。 3.随着量子通信技术的发展，量子中继器的安全性和可靠性将得到进一步提高，为构建安全的量子 通信网络提供有力支持。
量子通信网络构建
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1. 量子通信网络的基本原理 2. 量子密钥分发技术研究 3. 量子中继器在网络中的应用 4. 量子通信网络的拓扑结构 5. 量子通信网络的安全性分析 6. 量子通信网络的实现挑战 7. 量子通信网络的发展趋势 8. 量子通信网络的应用案例
1.量子密钥分发协议是量子密钥分发技术的核心，主要包括BB84协议、EKERT协议等。 2.不同的量子密钥分发协议具有不同的优缺点，如BB84协议简单易实现，但存在安全隐患； EKERT协议安全性较高，但实现复杂。 3.针对现有协议的不足，研究人员正在不断提出新的量子密钥分发协议，以提高安全性和效率。
▪ 量子态的叠加和纠缠
1.量子态的叠加是指一个量子系统可以处于多个状态的线性组合，这使得量子通信具有并行处 理能力。 2.量子纠缠是指两个或多个量子系统之间的关联性，使得一个系统的测量结果会立即影响到另 一个系统的状态。 3.量子态的叠加和纠缠为量子通信提供了理论基础，使得信息传输更加高效和安全。
量子通信网络的基本原理
▪ 量子中继器在网络中的应用
1.量子中继器可以用于构建长距离量子通信网络，实现全球范围内的安全信息传输 。 2.量子中继器可以应用于金融、政务、军事等领域，保障信息安全和隐私保护。 3.量子中继器可以与其他量子通信设备相结合，如量子密钥分发系统、量子计算节 点等，构建完整的量子信息处理平台。依赖于量子力学原理，如海森堡不确定性原理和不可克隆定理。 2.量子中继器的可靠性受到纠缠源、存储器和测量设备等因素的影响，需要采取相应的技术措施进 行优化。 3.随着量子通信技术的发展，量子中继器的安全性和可靠性将得到进一步提高，为构建安全的量子 通信网络提供有力支持。
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