量子通信简介课件

• 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 复合系统（具有两个以上的成员系统）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）。
• 具有量子纠缠现象的成员系统们，在此拿两颗以相反方向、同 样速率等速运动之电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至 冥王星，如此遥远的距离下，它们仍保有特别的关联性 （correlation）；亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而 状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现 象导致了“鬼魅似的远距作用”（spooky action-at-a-distance） 之猜疑，仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义 相对论中所谓的局域性（locality）相违背。这也是当初阿尔伯 特·爱因斯坦与同僚玻理斯·波多斯基、纳森·罗森于1935年提出 以其姓氏字首为名的爱波罗悖论（EPR paradox）来质疑量子力 学完备性之缘由。
• 然而，“道高一尺，魔高一丈。”往往加密者设计出一种密码， 解密者很快就找到破译的方法。当凭借智慧解密已“无药可施” 时，利用穷举法进行“蛮力攻击”的电子计算机又登上了解密 的主战场。为对抗功能强大的联网计算机，RSA等公钥密码奋 力反击。著名的RSA公钥系统由Rivet、Shamir和Adleman3人提 出，它是目前银行、网络等广泛使用的公开密钥体制。它的安 全性就基于大数因子分解，因为对于经典计算机，后者不存在 有效的多项式算法。这下，似乎“万事大吉”，保密安全了。
量子通信简介
Quantum Teleportation
0510290 于陆浩 0510292 遇玺 0510293 曾剑
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通信是人与人之间同过某种媒体进行的信息 交流与传递，从广义上说，无论采用何种方 法，使用何种媒质，只要将信息从一地传送 到另一地，均可称为通信。
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送和量子纠缠的分发。 （所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的 信息传送）
量子密钥：
• 原理：在普朗克提出的量子理论中，量子的不可复 制性是一项基本定律。如果一枚旋转着的硬币是量 子世界中一个物体，一旦你要复制它，势必要对它 进行测量，这种外来的行为就会改变它的运动状态。 也就是说，任意量子的状态，在受到复制或测量时， 都会发生变化。换个角度说，量子一旦被测量过， 就不再是原来的那个量子了。所以，利用量子的这 一特性制作的密码，从理论上讲是一种最为安全的 密码。一个量子物质的传送过程就像光在光纤里传 输过程一样，如果一个偷听者想在某一个地方偷听 信息，或者将该信息内容复制下来，这就是一种测 量行为，这种测量对量子体系来说意味着对整个体 系的破坏，其结果是被测量的信息将全部消失
• 通信的方式：
古代的烽火台、击鼓、驿站快马接 力、信鸽、旗语等，现代的电信等。 古代的通信对远距离来说，最快也要几 天的时间，而现代通信以电信方式，如 电报，电话，快信，短信，E-MAIL等， 实现了即时通信。
可是，仅仅有这些是远远 不能满足需要的
先来看一个密码攻防战中的典型范例:
第二次世界大战中，波兰人和英国人成 功破译了德国著名的“恩格玛”密码， 因此，盟军提前得知了德国的许多重 大军事行动；美军破译日本的高级密 码———“紫密”，从而击毙了日本海 军大将山本五十六，扭转了美军太平 洋战场的被动局面。保密通信的原理 在于，唯有掌握密钥的人可以轻易重 现传递的信息。信息的安全性主要依 赖于密钥的秘密性。而密钥，就像两 人通信的暗号，双方预先设定协议， 即便外人知道暗号的形式，却不知道 它代表的含义，正所谓“天知、地知， 你知，我知”。
• 但是，20世纪90年代，著名数学家Shor又对传统密码学进行了 一次彻底颠覆。他提出量子并行定法，并证明量子计算可以攻 破目前广泛使用的公钥RSA体系。也就是说，为了对一个400位 的阿拉伯数字进行因子分解，目前最快的超级电子计算机将耗 时上百亿年，所以相对来讲，公钥体系是安全的。可是，一旦 出现具有相同时钟脉冲速度的量子计算机，只需大约1分钟便 可计算完毕。
目的，同时使储存、传输信息的人立即发觉被窃密。
• 随着量子力学理论的提出和逐步完善，1993年， C.H.Bennett 提出了量子通信的概念。
• 所谓“量子通信”，是指利用量子纠缠（quantum entanglement）效应进行信息传递的一种新型的通 讯方式。
• 量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是 量子论和信息论相结合的新的研究领域。目前量子 通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量 子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实 验，并向实用化发展。
量子密钥：
• 制作方法：
一 利用单光子极化编码：
把随机信息赋予单光子的极化，根据量子 不可克隆定理，使用经典通 信的方法可以保证绝对的防止窃听。但在实际应用中，因为噪声的存 在和环境对光子的吸收，导致光子数呈指数衰减，所以远程通信势必 要求高亮度的单光子源，在现有的技术条件下是不现实的。
下面开始讨论正题，一些实际的问题：
Point 1如果量子计算机是‘利剑长矛’，那量子密码技术就是抵御它的一面 ‘盾牌’.量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。 因 为，若从经典物理的范畴，密钥本身被非法用户复制，可以“神不知，鬼不 觉”，不被人发现；密钥在传递时被他人窃听，合法用户也无法识破。但是， 量子密码却能确保保密通信的“万无一失”。
Point 2量子力学中的海森伯不可确定性原理和不可克隆定理说明,量子世界中 的任何事件都是不可能被窃听的.只要窃听,就会留下痕迹.正是这些基本原理 确保了量子密钥分配的安全性。具体来讲，单个粒子的量子态———偏振或 相位等，可以用来编码、储存和传输信息，如果有一个窃密者想要窃取这些 信息，就会在截获粒子的一瞬间改变其量子态，使信息失真，达不到窃密的