量子通信讲义教材
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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
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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。
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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》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
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
量子通信基础知识-课件
qkd最后alice将测量结果即获得那一个ell态经由经典通道传递给bobbob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做相应的操作便可以使粒子3处在与粒子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
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
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。
7、 偏振编码QKD实验原理 图？
8、 BB84协议过程？
9.中国贡献
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
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。
7、 偏振编码QKD实验原理 图？
8、 BB84协议过程？
9.中国贡献
量子通信技术量子纠缠科技PPT教学讲授课件
在工作人员的帮助下，我和妈妈系好 安全绳 ，穿戴 好安全 衣和头 盔，走 上了二 层楼的 高度， 我走在 前面， 妈妈走 在后面 ，因为 人多的 原因， 工作人 员让我 们走上 三层楼 的高度 玩，瞬 间我俩 的表情 有点不 淡定了 ，这样 的高度 对我们 来说有 点超高 了。
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，
当之无愧的领头羊
量子通信
我国量子信息技术 在全球已是
当之无愧的领头羊
量子通信
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量子通信
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量子通信技术
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量子通信技术
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出的纠缠光子 .实验构思十分精巧
结果显
示Bell不等式被违背,从而推翻了决定论的局域隐变
量理论.从这个实验以后，量子纠缠被证明是正确的，
关于量子纠缠的研究与开发从此快速发展。
第三章 从关联到量子纠缠
一：关联 二：量子纠缠 三：纠缠的产生
关联
量子信息的物理载体：携带量子信息的光子、电子原子原子 核等具有简单二能级的任何一个 量子客体。
当势函数 U(r,t)与时间t无关时，薛定谔方程的解就可以写成
式中Ψ(r)满足定态薛定谔方程
由薛定谔方程的线性性到态叠加原理
因为薛定谔方程是线性方程，所以如果Φ1和 Φ2都是方程的解，那么，Φ1和Φ2的线性叠 加 Φ=с1Φ1+с2Φ2 也是薛定谔方程的解，式中с1、с2是复数。 这个结果的物理意义是：如果Φ1和 Φ2描述了粒子的可能状态，则它们的线性叠 加Φ也描述了系统的可能状态。
现。
EPR佯谬的提出
在爱因斯坦与波尔的争论中，其间最著名的事例是在1935年 同波多尔斯基和罗森
为论证量子力学的不完备性而提出的一个EPR悖论。爱因斯坦 等人在EPR的论文中提出如下一个量子态：
其中x1，x2分别指代2个粒子的坐标，这样一个量子态的基本特 征是它不可以写成两个子系统量子态的直积形式
●黑体辐射公式：
d
8h 3
c3
1
h
d
ekT 1
式中是黑体内频率在到之间的辐射能量密度，c是光 k是波尔兹曼常数，T是黑体的绝对温度。
●能量子假说：
物质中的振子不能随便处于任意能量状态，它们只能处于某
这些能量的特点是具有“不连续”性，在放出或吸收 这些能量时，电子将从这些状态之一“飞跃”到另 一状态，这就是普朗克提出的能量子假说。
此即为波动—微粒两相性。其两相性由
和
联系起来，此式称为德布罗意关系，与粒
子运动相联系的波称为物质波或徳布罗意波。
●自由粒子的平面波公式：
Ae i
(
pr
Et
)
●徳布罗意波长：
h p
h 2mE
●徳布罗意假说的正确性，在1927年为 戴维孙和革末所作的电子衍射实验所证 实。
薛定谔方程
薛定谔方程是一个用于描述量子力学中波函数的运 动方程
从波粒二象性到量子通讯
姓名：谢华 学号：1007034138 中北大学物理系 2013.5.3
内容提纲：
1.量子的起源与发展 2.量子态纠缠发展过程 3.从关联到量子态纠缠 4.量子通信 5.量子信息技术概述 6.量子信息技术的世界前沿
第一章 量子的起源与发展
一：从经典物理遇到的困难到量子假设 二：波尔量子论 三：德布罗意物质波假设 四：薛定谔方程 五：由薛定谔方程的线性性到量子叠加原理 六：电子自旋
三、电子自旋假设（1925）
为了解释施特恩-盖拉赫实验，Uhlenbeck（乌仑贝 克）和 Goudsmit（哥德施密特）于1925年提出了 电子自旋假设。
s s （1）每个电子都具有自旋角动量 ， 在空间任
何方向上的投影
只能取两个值，且是
的
1 2
倍。若将空间的任意方向
取为 z 方向，则，
s
sz 2
2
2
/ 0 /1 H / 0 /1 / 0 /1
2
2
www.themeg
④ 受控非门（CNOT)
作用/A>是控制比特 / A / 0 / B 不变 /B>是目标比特 பைடு நூலகம் A /1 / B 倒置
www.themeg
量子信息技术概述
理论得到的结果满足 Bell
量子
力学的预言将超出Bell不等式的限制
Bell的理论将EPR同玻尔的争论从哲学范畴提
升到可以为物理实验所验证的范畴。
贝尔不等式被证明
法国的ascept小组在1982年做出了为物理学界所普
遍认同的第一个最具说服力的检验Bell不等式的实
验。他们使用的是Ca40原子在级联跃迁过程中辐射
薛定谔将这样的量子态称为纠缠态。爱因斯坦等人提出纠缠态 的目的意在说明在承认局域性和实在性的前提下，量子力学的 描述是不完备的。但是这个后来被证明了可以发生的事实就是 量子态纠缠。
贝尔不等式的提出
1964年
物理学家Bell在其发表的一篇
文章中提出一个不等式，这就是著名的 Bell
不等式。在Bell所设计的实验中，局域隐变量
机性，所以，从它诞生之日起，围绕量子力学的争论
就从未间断过
主要表现为以爱因斯坦为代表的
经典物理学家和以玻尔为代表的哥本哈根学派之间的
冲突
1927年在第五届索尔维会议上爆发了两
位科学巨人的第一次论战开始直到爱因斯坦逝世的30
年间，爱因斯坦不断地给量子力学挑毛病。而正是这
些争论使量子力学不断发展，使得量子纠缠效应被发
二、量子比特门
量子比特门：操纵量子比特 ① 量子非门
0
X
1
1
0
X
/ 0
/1
X
/0
/1
② 量子Z门
Z
1
0
0 1
Z / 0
/0
Z /1 /1
③ Hodamard门
H
1 1 2 1
1 1
H / 0 1 11, H /1 1 11, H 2 I
EPR效应的非局域性
对EPR粒子对中的其中一个进行测量，必然会影响 另一个粒子的量子态，不管两 个粒子在空间上相距多 远。
纠缠态
A和B之间构成了量子通道。
纠缠态的制备
目前制备纠缠态的主要方法有：
1.自发参量下转换制备光子纠缠
2.腔量子电动力学法(QED)
3.离子阱法
www.themeg
1.Alice和Bob各自拥有EPR对的一个纠缠粒子。 2.Alice对处于未知量子态Ψ粒子和她的纠缠粒
子进行量子测量，获得4个可能经典00,01,10, 11中的一个。 3. Alice将测量的结果传送给Bob 4.Bob依据Alice的信息对他手中的EPR粒子做相 应 操作，便可恢复出原始的量子态。
第二章 量子纠缠的发展过程
一：量子力学随机性的争论 二：爱因斯坦与波尔的争论提出EPR佯谬 三：贝尔不等式的提出 四：1982年法国阿斯派克特证明贝尔不等式 五：量子纠缠被证明
量子力学创立过程的争论
我们现在都知道量子力学描述的是微观粒子的一种概
率，由于量子力学描述的物理实在具有无法消除的随
纠缠的产生
纠缠的产生必须是在非局域的操作下产生，纠缠的 产生需要集体操作。如非线性相互作用和纠缠交换 等。在实验上可以采用参量下转换过程制备脉冲和 连续的光子纠缠。
在强光下照射BBO晶体，将会产生一对下转换的光子， 这对光子就是纠缠的。
第四章 量子通信
量子隐形传态：将未知量子态（量子比特）传送到 远处而不传送 量子态的物理载体。
1 2
mem2
h
W0
E h ,
●光子波粒关系：
p
h c
n
h
n
k
原子结构的波尔理论
●波尔的量子化条件：在量子理论中，角动 量必须是h的整数倍。 ●玻尔的量子化理论：
(1)电子只能沿着其中一组特殊的轨道运动。 (2)电子沿这一特殊轨道运动，既不吸收能 量，也不辐射能量即处于稳定状态，称为定 态。 (3)只有当电子由一定态跃迁到另一定态时， 才能辐射或吸收能量即
光量子假说：爱因斯坦提出
●
,电磁辐射不仅在被发
射和吸收时以能量为hv的微粒形式出现，而且以
这种形式以速度c在空间运动。这种粒子叫作光
量子或光子
●光电效应： 如何解释光电效应？
当光射到金属表面上时，能量为hv的光子被电子 所吸收。电子把这能量的一部分用来克服金属表 面对它的引力，另一部分就是电子离开金属表面 后的动能。这个能量关系可以写为：
关联的分类
能从两个粒子的局域处 探测到两个粒子的信息，
描述的是局域信息
无法从局域测量提 取信息，必须同时 测量才能提取信息
量子纠缠
由A和B构成的复合系统，若其量子态不能够表达成 为子系统的直积形式则称为量子纠缠态
EPR效应
有两个粒子，每个粒子的自旋为二分之一，粒子的自 旋要么向上要么向下。初始时将A和B两个粒子制备成 总自选等于0的态，这两个粒子叫做EPR粒子对。然后 将这两个粒子分开，在空间上距离无穷远。按照爱因 斯坦的局域实时性，则A与B各干个的，不再有关联， 可以局域的处理A和B。 问题1：A和B的状态？ 问题2：若测量A后，B的状态？
量子密码
量子密码术与传统的密码系统不同，它依赖 于物理学作为安全模式的关键方面而不是数 学。量子密码的安全性由以下的物理原理得 以保障 1.测量塌缩理论 2.不确定原理 3.不可克隆原理 4.单光子不可再分原理
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。基于量子力 学的基本原理，量子通信具有高效率 和绝对安全等特点。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。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 用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。
经典物理学的困难
力→牛顿力学规律；电磁→ 麦克斯韦方程； 光→光的波动理论；热 →统计物理； 黑体辐射和光电效，
●黑体辐射和光电效应等现象使人们发 现了 光的波粒二象性，才开辟了量 子力学这门学科。
光的波粒二象性
●光的波粒二象性：波动性和粒子性 ●波动性：双缝衍射实验 ●粒子性：黑体辐射和光电效应
●索末菲的量子化条件：
pdq
(n
1 2