量子通信[课件]
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量子通信简介素材课件
量子通信的未来应用前景
信息安全领域
利用量子通信的不可破解性和安 全性，可以构建绝对安全的通信 网络，应用于军事、政府和金融
等领域。
远程医疗
利用量子通信技术，可以实现远程 医疗和手术，为患者提供更加便捷 和高效的治疗方案。
物联网领域
利用量子通信技术，可以实现物联 网设备之间的绝对安全通信，提高 物联网的安全性和可靠性。
19世纪末期，物理学界开始 研究量子力学，奠定了量子通
信的基础。
20世纪初期，研究者提出量 子纠缠的概念，为后来的量子
通信奠定了基础。
20世纪末期，基于量子纠缠 的量子通信理论逐渐成熟。
近年来，随着技术的进步，量 子通信实验和实际应用逐渐取
得重大进展。
量子通信的应用场景
01
02
03
保密通信
量子通信可以用于实现绝 对安全的保密通信，适用 于军事、政府、金融等需 要高度保密的领域。
量子纠缠通信可以实现安全密钥分发和 安全直接通信，不需要第三方中继节点
。
量子态传输的关键技术
量子态传输是利用量子态的特性实现信息传输。
量子态传输协议主要包括GHZ协议、BHK协议等。
量子态传输可以实现安全的数据传输，同时还可以实现安全密钥分发和 安全直接通信。
04
CATALOGUE
量子通信的安全性分析
实验结果
展示实验结果，并对结果进行 分析和解释。
量子态传输实验演示
实验目标
演示量子态传输实验的目标，包括验证量子 态传输的可行性和安全性。
实验步骤
详细描述实验步骤，包括准备实验环境、搭 建实验系统、进行实验操作等。
实验原理
阐述量子态传输实验的基本原理，涉及量子 态的制备和测量、量子态的传输等。
第1讲 量子通信概述ppt课件
9
量子通信，量子计算机，量子模拟，量子度量学
10
量子力学
量子力学是20世纪自然科 学发展的台柱之一。但是， 自量子力学诞生以来，科 学界关于量子力学基本问 题一直进行着激烈的争论。
11
争论焦点： 自然界是否确实按量子力学的规律运行？ 经典力学：宏观物质的运动规律
量子力学：微观粒子的运动规律 自然界的运动规律
27
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
28
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。
30
量子通信发展展望
量子通信系统将由专网走向公众网络 ，目 前大多数实验量子通信系统均是针对专门 的应用，对量子信号的传输需要单独采用 一根光纤，这样的话一方面成本较高，另 一方面应用范围受限。为了将量子通信推 广使用，如何利用现有的光纤网络同时传 输量子信号与数据信号，克服强光信号对 单光子信号的影响，是最近实验和研究的 热门课题，已经有了实际的实验结果 。
的发展都离不开它。
并且派生出了许多新的学科。
量子场论 量子光学
量子电动力学
量子信息学
量子化学
量子电子学 ……
8
三、量子通信技术
通信安全
对于通信而言，迅捷再加上安全是关键。
对于目前电子信息时代，就地球范 围而言，通讯的即时性不成问题，而未 来距离遥远的星际通信就力有不逮。另 一方面自2013年斯诺登“棱镜门”事件 以来，给人们敲响了警钟，信息安全像 窗户纸一样脆弱。
量子通信，量子计算机，量子模拟，量子度量学
10
量子力学
量子力学是20世纪自然科 学发展的台柱之一。但是， 自量子力学诞生以来，科 学界关于量子力学基本问 题一直进行着激烈的争论。
11
争论焦点： 自然界是否确实按量子力学的规律运行？ 经典力学：宏观物质的运动规律
量子力学：微观粒子的运动规律 自然界的运动规律
27
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
28
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。
30
量子通信发展展望
量子通信系统将由专网走向公众网络 ，目 前大多数实验量子通信系统均是针对专门 的应用，对量子信号的传输需要单独采用 一根光纤，这样的话一方面成本较高，另 一方面应用范围受限。为了将量子通信推 广使用，如何利用现有的光纤网络同时传 输量子信号与数据信号，克服强光信号对 单光子信号的影响，是最近实验和研究的 热门课题，已经有了实际的实验结果 。
的发展都离不开它。
并且派生出了许多新的学科。
量子场论 量子光学
量子电动力学
量子信息学
量子化学
量子电子学 ……
8
三、量子通信技术
通信安全
对于通信而言，迅捷再加上安全是关键。
对于目前电子信息时代，就地球范 围而言，通讯的即时性不成问题，而未 来距离遥远的星际通信就力有不逮。另 一方面自2013年斯诺登“棱镜门”事件 以来，给人们敲响了警钟，信息安全像 窗户纸一样脆弱。
量子通信技术量子纠缠科技讲课PPT课件
是迄今为止
书房的角落，挺立着一株虎尾兰。它 没有牡 丹的高 贵，没 有百合 花的幽 香，更 没有玫 瑰花那 样高傲 ，它除 了平凡 ，还是 平凡。 以至于 客人来 访，也 无一夸 赞过它 ，更没 有谁欣 赏它。
唯一被严格数学证明的
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Quantum Communication
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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，
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该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力，
为未来构建全球化量子通信网络
奠定了坚实基础。
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《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。
量子通信演讲PPT
THANKS
感谢观看
详细描述
在量子通信过程中，噪声和干扰可能来自各种因素，如环境中的其他粒子、信道中的损耗和退相干等 。这些因素会导致量子态的塌缩和信息丢失，从而影响通信质量。为了解决这个问题，需要采取一系 列措施，如量子纠错码、信道编码和信道容量优化等。
安全性问题
要点一
总结词
量子通信具有很高的安全性，但仍然存在一些潜在的安全 威胁和攻击方式。
目前，量子密钥分发网络已经在金融、政务、军事等领域 得到广泛应用，为保障信息安全提供了强有力的技术手段 。
量子隐形传态实验
量子隐形传态是一种利用量子纠缠实现信息传输的先进技术。在量子隐形传态实 验中，通过将一个量子比特的状态传输到另一个远距离的量子比特上，可以实现 信息的超远距离传输。
量子隐形传态实验的成功实施，为未来的量子通信和量子计算提供了重要的技术 基础，有望在未来的信息传输和处理中发挥重要作用。
05
CATALOGUE
量子通信未来展望
量子通信网络建设
01
02
03
全球量子通信网络
随着技术的不断进步，未 来将构建覆盖全球的量子 通信网络，实现安全、高 速的信息传输。
卫星中继
利用卫星作为中继，将量 子信号传输到更远的距离 ，扩展量子通信网络的覆 盖范围。
城域量子通信网络
在城市范围内构建量子通 信网络，为政府、企业和 科研机构提供安全、可靠 的信息传输服务。
星地量子通信实验的成功实施，证明了量子纠缠在远距离通 信中的可行性，为未来的量子通信网络建设提供了重要的技 术支撑。
量子密钥分发网络应用
量子密钥分发网络是一种基于量子力学原理实现密钥分发 的网络安全通信系统。通过利用量子态的不可克隆性和测 量坍缩原理，量子密钥分发技术能够保证通信双方在传输 过程中密钥的安全性。
《量子通信》课件第六章量子信道
若输入量子状态的密度算子为 ，输出量子态 的密度算子为 ' ，则量子信道可表述为映射：
即经过信道后，映' 射 (为) 。
（6- 1）
'
（1）量子信道的酉变换表示
若信道对量子态的变换可用酉算子U表 示，则称 () U U †为信道的酉变换表示形式， 经过信道后状态 变为 。U输入输出过程 如图6.1所示，其中酉变化可以用一个量子 线路来实现。
具有运算元 {Ek} 的保迹或非保迹的量子运算 ，必
存在起始于纯态的一个环境E，以及由酉算子U和E 上的投影算子P所表征的动力学过程，使得有
() trE (PU( e0 e0 )U†P)
（6-17）
这里仅说明当() 为保迹量子运算时，目的是寻找
合适的U算子模拟这一过程，其中， ( )的算子和表示中
若将信道对量子态的作用看作测量，且测量
算子为 M m
，则m ()
M
m
M
† 为用测量算子描述
m
的信道模型。系统在测量后的状态 m () ，
获得这个结果的概率为
p(m)
tr
(
m
(
tr (
))
m (
。
))
6.1.2 量子信道的公理化表示
量子信道的公理化表示，与前述方法相比较 为抽象，但适用范围更广。如前所述，量子 信道定义为从输入空间 Q1 的密度算子集合到 输出空间 Q2 的密度算子集合的一个映射，该 映射具有以下性质
公理1：当初始状态为 时，tr[m ()] 表示由 表
征的过程出现的概率，
0 tr[m ()] 1
公理2：若 为密度矩阵集合上的一个凸线性映
射，即对概率{Pi} ，有
量子通信ppt
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QUANTUM COMMUNICATION TECHNOLOGY
量子信息技术及应用简介
01 技术原理简介 02 应用特点难点 03 发展方向用途 04 国际应用现状
Part 01
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Part 02
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QUANTUM COMMUNICATION TECHNOLOGY
量子信息技术及应用简介
01 技术原理简介 02 应用特点难点 03 发展方向用途 04 国际应用现状
Part 01
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Part 02
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量子通信V4.0.ppt
一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片
2024/5/27
几乎可以肯定，世界上没有第二张照片，能像 这张一样，在一幅画面内集中了如此之多的、 水平如此之高的人类精英~~
这是1927年在布鲁塞尔举行的第五届索尔维会 议上的照片。在这次会议上，爱因斯坦和玻尔 这两个当时世界上最顶尖的物理学家，进行了 科学史上著名的学术辩论。在这次辩论中，玻 尔所代表的新生量子论学派获得了更广泛的支 持，而维护经典理论的爱因斯坦则被认为不合 时宜，站到了对立面。
薛定谔的猫是死是活？
体系的总体波函数代表 猫既活又死的混合状态。 这以常识而论是荒谬的， 猫似当非死即活。
2024/5/27
t
1 2
活
死
对于这只猫的多世界解释
• 这只猫即是死的又是活的。只是分别在不 同的世界中，在观测者打开盒子的那一刹 那，整个世界分裂成两个，在一个世界里 观测者看到的那只猫活了下来，在另一个 世界里，观测者看到的那只猫不幸死去。 除此之外的世界完全一样。
2024/5/27
Heisenberg 的测不准原理
由测不准原理可知, 对任何一个物理量的测 量都不可避免地对另一物理量产生干扰。 这 就使得通信双方能够检测到信息是否被窃听, 这一性质使通信双方无须事先交换密钥即可 进行绝密通信。 量子加密学为人们提供了一 种无条件安全的希望，并且不象一次一密的 密钥, 任何窃听量子密钥交换和拷贝密钥的 人不可能不被检测到。
量子信息
微观粒子允许同时处在 0 和 1 两个 态上，这是其波粒二象性的结果。
C1 0 C2 1 , C1,C2为任意复数,
C1 2 C2 2 1 (叠加态)
2024/5/27
罗马字母发音
2024/5/27
2024/5/27
几乎可以肯定，世界上没有第二张照片，能像 这张一样，在一幅画面内集中了如此之多的、 水平如此之高的人类精英~~
这是1927年在布鲁塞尔举行的第五届索尔维会 议上的照片。在这次会议上，爱因斯坦和玻尔 这两个当时世界上最顶尖的物理学家，进行了 科学史上著名的学术辩论。在这次辩论中，玻 尔所代表的新生量子论学派获得了更广泛的支 持，而维护经典理论的爱因斯坦则被认为不合 时宜，站到了对立面。
薛定谔的猫是死是活？
体系的总体波函数代表 猫既活又死的混合状态。 这以常识而论是荒谬的， 猫似当非死即活。
2024/5/27
t
1 2
活
死
对于这只猫的多世界解释
• 这只猫即是死的又是活的。只是分别在不 同的世界中，在观测者打开盒子的那一刹 那，整个世界分裂成两个，在一个世界里 观测者看到的那只猫活了下来，在另一个 世界里，观测者看到的那只猫不幸死去。 除此之外的世界完全一样。
2024/5/27
Heisenberg 的测不准原理
由测不准原理可知, 对任何一个物理量的测 量都不可避免地对另一物理量产生干扰。 这 就使得通信双方能够检测到信息是否被窃听, 这一性质使通信双方无须事先交换密钥即可 进行绝密通信。 量子加密学为人们提供了一 种无条件安全的希望，并且不象一次一密的 密钥, 任何窃听量子密钥交换和拷贝密钥的 人不可能不被检测到。
量子信息
微观粒子允许同时处在 0 和 1 两个 态上，这是其波粒二象性的结果。
C1 0 C2 1 , C1,C2为任意复数,
C1 2 C2 2 1 (叠加态)
2024/5/27
罗马字母发音
2024/5/27
科普量子通信PPT课件(模板)
➢ 量子通信
1993 年 ， 基 于 量 子 纠 缠 理 论 ， 美 国 科 学 家 贝 内 特 提 出 了 量 子 通 信 （Quantum Teleportation）的概念。
1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等 人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。
-4-
量子通信 “量子通信”=量子物理+信息科学
-6-
量子通信应用
“超时空穿越”神奇场景有望变为现实。
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1993 年 ， 基 于 量 子 纠 缠 理 论 ， 美 国 科 学 家 贝 内 特 提 出 了 量 子 通 信 （Quantum Teleportation）的概念。
1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等 人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。
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量子通信 “量子通信”=量子物理+信息科学
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量子通信应用
“超时空穿越”神奇场景有望变为现实。
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量子通信PPT课件
02 量子通信有哪些协议？ 是如何工作的？
量子密钥分配协议-BB84协议
量子比特编码方式
接收端测量基示意图
◎ 码元0对应光子偏振方向为水平或斜向下45度 ◎ 码元1对应光子偏振方向为垂直或斜向上45度
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
量子通信
汇报人：
01 为什么量子通信安全，而传 统通信存在“隐患”？
通信系统示意图
如图所示，其中Alice为发送者，Bob为接受者，二者为合法用户。但系 统中存在窃听者Eve，在电缆通信中，Eve只需要把类似万用表或者示波器一 样的东西，接在Alice和Bob之间的电缆上，便能够轻松地听到所有信息。这 个手段最恐怖的地方在于，窃听者Eve并不会改变和影响信息的信号，包括 波形和强度。这样会导致Bob根本无法发现窃听者的存在。同样，对于光纤 通信，也存在类似的问题。
2001年
6个月
2005年
1-2天
2010年
2小时
？？？
量子通信基本原理
1 测不准原理
2 量子不可克隆原理
3 单个光子不可再分
当信息以量子为载体时，根据量子力学原理，微观世界中粒子 位置是不可能被确定的,它总是以不同的概率存在于不同的地方， 这一点可以参考薛定谔的猫。而对未知状态系统的每一次测量都必 将改变系统原来的状态。也就是说，测量后的微粒相比于测量之前， 必然会产生变化。同时由于量子不可克隆原理，窃听者无法克隆任 意量子态，于是窃听者在窃听量子信道时，就不得不销毁他所截获 到的这个量子态微粒。
量子通信介绍(演讲)PPT课件
2020/11/19
量子通信
量子通信简单地说，就是基于光的单量子态实现的通 信手段，以完成经典通信手段无法完成对通信任务， 例如保密性任务等。
量子通信就是单模光纤两端加上能代替常用光模块功 能的、光量子态的发送和接收设备，实现基于物理加 密的保密通信。
2020/11/19
爱因斯坦的幽灵——量子纠缠
我国量子通信发展
2013
2014
首次实现携带轨 道角动量、具有 空间结构的单光 子脉冲在冷原子 系综中的存储与 释放
潘团队与中科院 和清华大学合作， 结合诱骗态方法 将安全距离突破 至200公里
2020/11/19
2015
潘建伟、陆朝阳 刘乃乐等组成的 研究小组在国际 上首次成功实现 多自由度量子体 系的隐形传态。
我国量子通信发展
2008
2009Байду номын сангаас
潘团队研制了基 于诱骗态的光纤 量子通信原型系 统，组建了世界 首个3节点链状 光量子电话网
潘团队建成了世 界上首个全通型 量子通信网络， 首次实现了实时 语音量子保密通 信
2020/11/19
2012
潘团队首次成功 实现百公里量级 的自由空间量子 隐形传态和纠缠 分发
生物特征传输
智能传输系统
量子通信应用
涉密数据 电信、证券 保险、银行
未来应用
工商、地税 财政 金融
2020/11/19
量子通信应用
量子卫星
国防军事
量子互联网
量子通信应用
1
在国防和军事领域，量 子通信能够应用于通信 密钥生成与分发系统， 向未来战场覆盖区域内 任意两个用户分发量子 密钥，构成作战区域内 机动的安全军事通信网 络
量子通信
量子通信简单地说，就是基于光的单量子态实现的通 信手段，以完成经典通信手段无法完成对通信任务， 例如保密性任务等。
量子通信就是单模光纤两端加上能代替常用光模块功 能的、光量子态的发送和接收设备，实现基于物理加 密的保密通信。
2020/11/19
爱因斯坦的幽灵——量子纠缠
我国量子通信发展
2013
2014
首次实现携带轨 道角动量、具有 空间结构的单光 子脉冲在冷原子 系综中的存储与 释放
潘团队与中科院 和清华大学合作， 结合诱骗态方法 将安全距离突破 至200公里
2020/11/19
2015
潘建伟、陆朝阳 刘乃乐等组成的 研究小组在国际 上首次成功实现 多自由度量子体 系的隐形传态。
我国量子通信发展
2008
2009Байду номын сангаас
潘团队研制了基 于诱骗态的光纤 量子通信原型系 统，组建了世界 首个3节点链状 光量子电话网
潘团队建成了世 界上首个全通型 量子通信网络， 首次实现了实时 语音量子保密通 信
2020/11/19
2012
潘团队首次成功 实现百公里量级 的自由空间量子 隐形传态和纠缠 分发
生物特征传输
智能传输系统
量子通信应用
涉密数据 电信、证券 保险、银行
未来应用
工商、地税 财政 金融
2020/11/19
量子通信应用
量子卫星
国防军事
量子互联网
量子通信应用
1
在国防和军事领域，量 子通信能够应用于通信 密钥生成与分发系统， 向未来战场覆盖区域内 任意两个用户分发量子 密钥，构成作战区域内 机动的安全军事通信网 络
量子通信PPT
幻想
6.研究突破
1.1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念; 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。
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。
8.爱因斯坦无法解释的现象
量爱 子因 通斯 信坦 的都 魅无 瑞士电信公司在实验中发现，任何隐藏信号从此接收站传送 力法 之解 到彼接收站，仅仅需要一百万兆分之一秒。这一传输速率保 处释 证了接收站能够准确地检测到光子。由此可以推测任何未知 。的 信号的传输速率至少是光速的10000倍。 奇 怪 行 这种现象也许只有通过量子物理学来解释。 为 ， 正 量子物理学认为，任何事物之间都可能存着某种特定的联系。 是 发生于某一物体之上的事件，可能同时对其他物体也会产生影 量 响。这种现象称为“量子纠缠”。不管物体之间的距离有多远， 子 同样存在“量子纠缠”的关系。 物 理 学 而爱因斯坦不仅不接受“量子纠缠”的思想，并且还坚持认为 和 不可能存在比光速还要快的信号，任何比光速快的“鬼魅似的 远距作用”都是不可思议的。
比光速还快！！！
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
简单地说，就是利用量子力 学原理中的量子纠缠传输信 息
实验室
4、工作过程是什么？
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
4、工作过程是什么？
最后，甲将测量结果（即获得那一个 B ell 态）经由经典通道传递给乙，乙手头的纠缠粒子 C会因甲的测量坍缩到相应的量子态上，于是乙在 获知甲的测量结果之后，对粒子 C做相应的操作， 便可以使粒子 C处在与粒子 A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 C，在这过程中甲和乙都不知道他们所传送的 量子比特是什么。
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量子通信
制作：usafchn
一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片
经典力学：宏观物质的运动规律 量子力学：微观粒子的运动规律
量子通信 Quantum Teleportation
量子比特 量子隐形传态
计算机为什么要耗电？
能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了 芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。
不可逆异或门改进为可逆异或门
Bennett后来更严格地考虑了此问题，并证明了：所有经典 不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算 能力。
用本征态|0>和|1>对量子位编码
量子位可以处在|0>和|1>的叠加状态：a|0>+b|1>， 其中a和b是复数，且|a|2+|b|2 = 1
必须具备的两大特点：
1 2 3
(
和 1 2
12
是粒子1和粒子2所在的四
维希尔伯特空间中的Bell基)
12 1 2 1 2 1 2 0 1 2 0
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
“因为散热问题，当年Intel冲击4GHz CPU 计划失败”
Landauer最早考虑了这个问题，他考察了能耗的来源，指 出：能耗产生于计算过程中的不可逆操作。例如，对两比 待的异或操作，因为只有一比特的输出，这一过程损失了 一个自由度，因此是不可逆的，按照热力学，必然会产生 一定的热量。但这种不可逆性是不是不可避免的呢？事实 上，只要对异或门的操作如图所示的简单改进，即保留一 个无用的比特，该操作就变为可逆的。因此物理原理并没 有限制能耗的下限，消除能耗的关键是将不可逆操作改造 为可逆操作
(3)量子隐形传态不存在超光速通讯问题.因为没 有通过经典通道传送的经典信息,隐形传态将不可 能成功.而经典通道的通讯速度必然要受到相对性 原理的限制,即传送速度不可能超过光速.
(4)量子隐形传态不违背符合量子力学的不可克隆定 理.因为Alice进行Bell基测量后,
|φ〉1已被破坏掉了,一次量子隐形传态只能够使原 粒子的量子态在另外的一个粒子上重新构建出来.
3 a , z 3 b , x 3 c ,i y 3 d ,将得到最终的态
3 （ 2 2 1 ）
(1)从粒子1到粒子3量子信息的传递可以发生在任 意的时空之间,因为量子纠缠具有非局域性.
(2)联合测量后接收方的粒子的量子态仍然处于混 合态,也就是说,联合测量本身对Bob来说,并不给 出任何关于原粒子态的信息.原粒子态的重建应该 归功于EPR态的纠缠非局域关联,经典通讯和局域 的幺正变换.
(5)发送者和接收者在整个传输过程中都不需要知道 他们所传输的或者接收的量子态的任何信息,因而量 子隐形传态提供了操控量子态而不破坏量子态的可 能性.
真正的随机数 绝对安全的信息传输 解决NP问题
量子通信、量子计算机必然走向成熟，到那时， 电子信息技术又将进入一个崭新的时代
谢谢
R x R R x R .........
Alice EPR1: .........
Bob EPR2: .........
Information: 0 1 1 0 ...............
0 1 1 0 ...............
④ 为了使量子隐形传态成功完成,Alice通过经典通道把测量结果 告诉给Bob.最后Bob根据测量结果对粒子3做适当的幺正变换，
幺正性 可逆性
两个重要的定理(原理)：
量子不可克隆定理 Heisenberg 测不准原理
量子力学的一个基本原理
由德国物理学家海森堡于1927年提出。
该原理表明：一个微观粒子的某些物理量，不可能 同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个 量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的 乘积必然大于常数 h/4π。（h即普朗克常数）
粒子3
Bob
EPR Source ③ Alice对粒子1和粒子2施行一个Bell基测量,粒子3的态将会坍塌 为下面4个态中的其中一个,而且分别与Alice测量结果相对应. 此时,粒子1的相关信息存储到粒子3上了. 3a1 3b1
3c10 3d
Information Encoding and Decoding
量子隐形传态
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
粒子3
Bob
EPR Source ① Alice拥有一个粒子1处于未知态，其可以表示为
1 （ 2 2 1 ） , 和 表 示 要 送 的 量 子 信 息
② 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.
23
1
2
23
Байду номын сангаас 11
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
粒子3
Bob
EPR
Source
② 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.
这个EPR对与粒子1构成的量子体系的复合波函数可以表示成两
个态的直积形式
1 2 3
制作：usafchn
一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片
经典力学：宏观物质的运动规律 量子力学：微观粒子的运动规律
量子通信 Quantum Teleportation
量子比特 量子隐形传态
计算机为什么要耗电？
能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了 芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。
不可逆异或门改进为可逆异或门
Bennett后来更严格地考虑了此问题，并证明了：所有经典 不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算 能力。
用本征态|0>和|1>对量子位编码
量子位可以处在|0>和|1>的叠加状态：a|0>+b|1>， 其中a和b是复数，且|a|2+|b|2 = 1
必须具备的两大特点：
1 2 3
(
和 1 2
12
是粒子1和粒子2所在的四
维希尔伯特空间中的Bell基)
12 1 2 1 2 1 2 0 1 2 0
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
“因为散热问题，当年Intel冲击4GHz CPU 计划失败”
Landauer最早考虑了这个问题，他考察了能耗的来源，指 出：能耗产生于计算过程中的不可逆操作。例如，对两比 待的异或操作，因为只有一比特的输出，这一过程损失了 一个自由度，因此是不可逆的，按照热力学，必然会产生 一定的热量。但这种不可逆性是不是不可避免的呢？事实 上，只要对异或门的操作如图所示的简单改进，即保留一 个无用的比特，该操作就变为可逆的。因此物理原理并没 有限制能耗的下限，消除能耗的关键是将不可逆操作改造 为可逆操作
(3)量子隐形传态不存在超光速通讯问题.因为没 有通过经典通道传送的经典信息,隐形传态将不可 能成功.而经典通道的通讯速度必然要受到相对性 原理的限制,即传送速度不可能超过光速.
(4)量子隐形传态不违背符合量子力学的不可克隆定 理.因为Alice进行Bell基测量后,
|φ〉1已被破坏掉了,一次量子隐形传态只能够使原 粒子的量子态在另外的一个粒子上重新构建出来.
3 a , z 3 b , x 3 c ,i y 3 d ,将得到最终的态
3 （ 2 2 1 ）
(1)从粒子1到粒子3量子信息的传递可以发生在任 意的时空之间,因为量子纠缠具有非局域性.
(2)联合测量后接收方的粒子的量子态仍然处于混 合态,也就是说,联合测量本身对Bob来说,并不给 出任何关于原粒子态的信息.原粒子态的重建应该 归功于EPR态的纠缠非局域关联,经典通讯和局域 的幺正变换.
(5)发送者和接收者在整个传输过程中都不需要知道 他们所传输的或者接收的量子态的任何信息,因而量 子隐形传态提供了操控量子态而不破坏量子态的可 能性.
真正的随机数 绝对安全的信息传输 解决NP问题
量子通信、量子计算机必然走向成熟，到那时， 电子信息技术又将进入一个崭新的时代
谢谢
R x R R x R .........
Alice EPR1: .........
Bob EPR2: .........
Information: 0 1 1 0 ...............
0 1 1 0 ...............
④ 为了使量子隐形传态成功完成,Alice通过经典通道把测量结果 告诉给Bob.最后Bob根据测量结果对粒子3做适当的幺正变换，
幺正性 可逆性
两个重要的定理(原理)：
量子不可克隆定理 Heisenberg 测不准原理
量子力学的一个基本原理
由德国物理学家海森堡于1927年提出。
该原理表明：一个微观粒子的某些物理量，不可能 同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个 量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的 乘积必然大于常数 h/4π。（h即普朗克常数）
粒子3
Bob
EPR Source ③ Alice对粒子1和粒子2施行一个Bell基测量,粒子3的态将会坍塌 为下面4个态中的其中一个,而且分别与Alice测量结果相对应. 此时,粒子1的相关信息存储到粒子3上了. 3a1 3b1
3c10 3d
Information Encoding and Decoding
量子隐形传态
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
粒子3
Bob
EPR Source ① Alice拥有一个粒子1处于未知态，其可以表示为
1 （ 2 2 1 ） , 和 表 示 要 送 的 量 子 信 息
② 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.
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Байду номын сангаас 11
public communication
Teleportation
粒子2 粒子1
Alice
粒子3
Bob
EPR
Source
② 粒子2和粒子3构成EPR对,Alice拥有粒子2,Bob拥有粒子3.
这个EPR对与粒子1构成的量子体系的复合波函数可以表示成两
个态的直积形式
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