量子通信的特點及應用

1、一、量子通信的概念一、量子通信的概念 （一）、從物理學的角度，量子通信可以被理解為在物理極限下，利用量子效應實現(xiàn)的高性能通信。 （二）、從信息學的角度，我們則認為量子通信是利用量子力學的基本原理（如量子態(tài)不可克隆原理和量子態(tài)的測量塌縮性質等）或者利用量子態(tài)隱形傳輸等量子系統(tǒng)特有屬性，以及量子測量的方法來完成兩地之間的信息傳遞。一、量子通信的概念一、量子通信的概念 (一) 信息效率高量子信道中光量子的信息效率比經典信道中光子的信息效率要高幾十倍。二、量子通信的特點二、量子通信的特點 (二) 信噪比低 在同等條件下, 量子通信獲得可靠通信所需信噪比比一般通信低很多。二、量子通信的特點二、量子通信的

2、特點 （三 ）、非局域性量子隱形傳態(tài)非局域性, 且與傳播媒質無關。在對量子糾纏對中的一個光量子進行操作的同時, 另外一個處于糾纏態(tài)的量子的態(tài)也會發(fā)生相應的變化, 這說明作為信息載體的物理量子本身并沒有被傳送, 所送的是量子的態(tài)。二、量子通信的特點二、量子通信的特點 （四) 、具有竊讀可知性, 通信保密性好。 根據量子不可克隆的特點, 信息的量子比特或量子位一經檢測就會產生不可還原的改變。用量子位傳遞加密信息若在到達預定接收者之前途中被竊取,預定接收者肯定能夠發(fā)現(xiàn)。二、量子通信的特點二、量子通信的特點 （五) 無電磁波輻射, 通信隱蔽性好。 量子通信是沒有經典意義上的電磁輻射的, 無論現(xiàn)有的無線

3、電探測系統(tǒng)性能如何先進, 對量子通信這種完全電磁靜默的通信目標是無能為力的。二、量子通信的特點二、量子通信的特點特點應用決定量子通信眾多的特點決定了它的廣泛用途，尤其在軍事領域。三、量子通信的應用 （一）軍事信息系統(tǒng)中的應用（一）軍事信息系統(tǒng)中的應用1、軍事信息系統(tǒng)需要高速率、大容量傳輸處理及按需共享能力。量子技術的信息傳輸處理與計算能力是經典通信無法比擬的。量子通信的超大信道容量、超高通信速率和特高的信息高效率, 正好能滿足軍事信息系統(tǒng)的特殊要求。三、量子通信的應用 2、軍事信息系統(tǒng)需要高效的指揮控制能力。 量子特性在提高運算速度和增大信息容量等方面, 可突破現(xiàn)有經典信息系統(tǒng)的極限, 滿足高

4、效控制指揮及決策的需要。三、量子通信的應用 3、軍事信息系統(tǒng)需要有極強的信息分析綜合能力。 基于量子態(tài)疊加理論, 可以用量子疊加方式來處理信息,可在幾分之一秒內實現(xiàn)1000位數的因式分解, 這不僅使經典密碼無密可保, 而且可實現(xiàn)對偵察情報數據的實時分析與綜合, 完全滿足軍事信息系統(tǒng)對信息分析綜合及決策的需求。三、量子通信的應用 (二二) 用于隱蔽通信用于隱蔽通信 通信隱身的關鍵之一是要降低電磁輻射, 而經典通信都要依靠電磁波來傳輸信號, 特別是遠程無線通信需要輻射很強的電磁波, 即便是激光通信, 尤其是空間激光通信, 也要輻射很強的光波, 這就破壞了通信隱身條件。但光量子通信既無電磁波輻射,

5、也無強光波輻射, 這就為通信隱身提供了電磁靜默環(huán)境。敵方無從知曉是否在通信以及通信者的位置, 使通信真正實現(xiàn)了隱蔽三、量子通信的應用 1、光量子密碼具有光量子密碼具有竊聽可知竊聽可知性性這一特性將使網絡信息安全出現(xiàn)劃時代的革命, 而且光量子加密設備可與現(xiàn)在的光纖通信設備融合, 制成目前光纖通信的換代端機, 用此來改進目前軍用光網信息傳輸保密性, 從而提高信息保護能力。(三三) 用于信息對抗用于信息對抗三、量子通信的應用2、絕對安全的密絕對安全的密碼碼和和傳輸手段傳輸手段。光量子通信沒有電磁輻射, 也沒有強光輻射, 敵方難以截獲和破壞我方密碼, 從而確保了信息傳輸的安全。三、量子通信的應用 (四

6、四) 用于對潛通信用于對潛通信 量子通信是一種不同于傳統(tǒng)波通信的新概念通信, 與其他傳統(tǒng)通信技術相比, 在對潛通信上有一些特殊的優(yōu)點。在同等條件下, 量子通信獲得可靠通信所需的信噪比比其他通信手段要低30到40dB左右。三、量子通信的應用（一）國內發(fā)展現(xiàn)狀（一）國內發(fā)展現(xiàn)狀1995年，中國科學院物理所首次以BB84協(xié)議方案在國內完成了演示實驗。2000年中科院物理研究所和中科院研究生院合作完成了國內第一個850nm波長全光纖1.1km量子保密通信實驗。2003年，中國科學技術大學中科院量子通信重點實驗室成功地在校園內鋪設了總長為3.2km的量子通信系統(tǒng)。2005年中國科學技術大學郭光燦院士領導

7、的科研小組，通過現(xiàn)有光纜線路在北京和天津之間實現(xiàn)了125km量子通信原理性實驗。四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀 （一）國內發(fā)展現(xiàn)狀（一）國內發(fā)展現(xiàn)狀2006年中國科學技術大學潘建偉教授領導的科研小組，利用糾纏光子對實現(xiàn)了不受外界干擾的量子密碼傳輸。2007年3月，郭光燦小組在北京網通建立了有4個用戶的量子密碼通信網絡，用戶間最短距離32km，最長距離42.6km。四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀 2008年10月，潘建偉小組構建了基于商用光纖和誘騙態(tài)相位編碼的3節(jié)點量子通信網絡，節(jié)點間距離20km，實現(xiàn)了實時網絡通話和3方對講功能。（一）國內發(fā)展現(xiàn)狀（一）國內發(fā)展現(xiàn)狀四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀 （二）國外發(fā)展現(xiàn)狀（二）國外發(fā)展

8、現(xiàn)狀 1、美國 美國于2012年發(fā)展了一套可行的帶有足夠復雜度的量子計算技術,以其充當量子計算檢測平臺的功能,在這個平臺之上去探索量子計算機的構建及算法等問題。 布什總統(tǒng)又在2006年1月31日的國情咨文中宣布了美國競爭力計劃(ACI)。在該計劃中第4項就是突破技術障礙, 實現(xiàn)量子信息處理技術的實際應用。四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀 （二）國外發(fā)展現(xiàn)狀（二）國外發(fā)展現(xiàn)狀 2、日本 2000年,日本將量子通信技術作為一項國家級高技術列入開發(fā)計劃,10年內投資400多億日元,主要研究光量子密碼及光量子信息傳輸技術。日本郵政省的目標是,在2020到2030年前后使量子保密通信網絡和量子通信網絡技術達到實用化的水平。四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀 （二）國外發(fā)展現(xiàn)狀（二）國外發(fā)展現(xiàn)狀 3、歐洲等國 歐洲也成立了以英國、法國、德國、意大利、奧地利和西班牙等國在內的量子信息物理學研究網。這是繼歐洲核子中心和航天技術的國際合作之后, 又一大規(guī)模的針對科技重大問題的國際合作, 并于1999年建立了集中12個研究項目的國際財團。四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀五、給我們的啟示量子技術若能及時地開