量子通信技术

量子通信技术

学院：信息学院

专业：通信工程

学号：***********

学生姓名：***

指导老师：常俊、袁洪、马祖辉完成时间：2016 年5月

摘要：量子通信作为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，也是是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。本文从传统通信研究者的角度，回顾了量子理论及量子通信技术的发展概况；讨论了量子通信的定义和理想量子通信系统模型；分析了量子通信现在可以达到的通信能力；并基于现有技术水平和应用需求，提出了量子通信技术现实应用的设想和未来应用的展望。

关键词：量子通信量子理论系统模型通信能力应用展望

Abstract: As a new type of quantum communication interdisciplinary developed nearly two decades, it is a new research in the field of quantum theory and information theory combining quantum, physics also is the international information and scientific research focus. From the perspective of traditional communications researcher, reviews the development of quantum theory and quantum communication technology before; discusses the definition of an ideal quantum communication and quantum communication system model; analysis of the communications capabilities of quantum communication can now be achieved; and based on the prior art level and application requirements, made the prospects envisaged practical application of quantum communication technologies and future applications.

Keywords: quantum ；theory of quantum ； communication system model ； communication capabilities application prospect

目录

第一章引言 (5)

第二章量子通信介绍 (5)

2.1 量子通信的发展概况 (5)

2.1.1 量子理论的建立 (5)

2.1.2 量子通信的提出 (5)

2.1.3 国内外量子通信的发展概况 (5)

2.2 量子通信的定义 (6)

2.3 理想量子通信系统模型 (6)

2.4 量子通信的特点 (7)

2.5 量子通信的应用 (7)

2.6 量子通信技术未来展望 (8)

第三章结束语 (9)

参考文献 (10)

注释 (10)

致谢 (11)

第一章引言

量子通信是一种具备无条件安全性的物理层安全解决方案，其技术现状、实用化水平和发展面临的瓶颈是业界关注的焦点。量子通信作为一个既古老又新鲜的话题，近年来频频出现于各类学术会议或期刊上。电视、广播、报刊等媒体常见关于国内外研究机构实现量子通信技术重大突破的报道。

“最近的16 公里量子态隐形传输的成功试验表明，中国将有能力建立起卫星与地面的安全量子通信网络。”—来自美国《时代周刊》的“爆炸性新闻”栏目以“中国量子科学的飞跃”为题, 对2010 年中国科技大学与清华大学合作完成的16 公里量子态隐形传输试验进行了评论。以上事实说明，国家多项科学研究计划都已对量子通信展开研究，并已取得多项重大进展，有些方面已达世界领先水平。表示了量子通信已从基础研究逐步走向工程化研究阶段。那么相比于经典通信, 量子通信究竟有哪些优势, 有哪些应用, 源于何种原理以及方法和技术手段等, 无疑是大家所关心的。本文将介绍量子通信的基本概念与方法、技术模型, 以及未来应用前景。

第二章量子通信介绍

2.1 量子通信的发展概况

2.1.1 量子理论的建立

1905年，Einstein引入光量子概念，成功解释了光电效应，并因此获得1921年度诺贝尔物理学奖。1913年，Bohr在卢瑟福原子模型基础上建立了原子的量子理论。1923年，发过物理学家de Broglie提出物质波的概念。1925年，德国物理学家Heisenberg建立了量子理论的第一种数学描述——矩阵力学。1926年，，薛定谔建立了描述量子波形特性的偏微分方程式，即著名的薛定谔方程①，给出了量子理论的第二种描述——波动力学。1927年，在意大利矩形的国际物理学讨论会上，Bohr作了关于量子力学的报告，被看作是量子力学的正式建立仪式[1]。

2.1.2 量子通信的提出

1984年，来自IBM研究组的Bennett与加拿大蒙特立尔大学的Brassard一起提出了第一个实用性的量子密码通信协议—BB84协议。该协议实际上是一个通过量子信道产生和传送密钥的方案，如图) 所示。量子信道的载体是单个光子，可以用其偏振状态（极化方向）、相位或者频率等物理量来携带量子密钥信息。由于量子信道的非理想化，还需要采用经典信道来配合进行量子态测量方法的协商和码序列的验证。假定窃听者在不被察觉的情况下无法窃听量子信道的信息，然而能够在不篡改数据的前提下窃听经典信道的信息，此时可以证明密钥传输的安全性。利用量子密钥对通信信息进行逐比特加密后在经典信道上传输，理论证明可以达成无条件安全通信（也称之为绝对安全通信）。1991年，牛津大学的Ekert提出了E91协议。第二年，Bennett提出用两个非正交态实现量子密码通信——B92协议[2]。