任小强论文 基于安全有效的量子通信技术的研究.docVIP

安全有效的量子通信技术的探讨 任小强 陈金鹰 成都理工大学信息科学与技术学院 成都 610059 摘要：针对目前通信中存在的速度、容量、安全等问题量子通信的基本原理、工作过程国内外现状和发展趋势讨论量子通信应用前景发展存在问题和困难应用前景发展、存在问题和困难bit），它的基本状态是二值布尔逻辑状态（0或1），在量子运算中，运算的基本单元是量子比特（或），它的基本状态是两种状态的叠加。在经典计算机中，可以表示0~78个数，并且在某一时刻，只能表示某一个数：000 001 010 011 100 101 110 111 假如有一个由三个比特构成的寄存器或 或与的叠加态，既在某时刻一个量子存储器可以表示8个数 ： 如图1所示，量子通信系统是指将量子寄存器、量子通道按照约定的协议，进行信息交换和通信：量子寄存器A、B、C、D存储量子信息，处理有关的量子信息；量子通道可以实现量子信息的传递。量子通信的关键技术是量子不可克隆定律：不存在任何的物理过程可以精确的复制未知量子态，其实质是测不准原理，即测量任何一个量子态的所有状态是不可能的，测量同时意味着这个量子态的破坏。若时间坐标一定，则坐标的不确定度最大，同样若坐标一定，则时间的不确定度最大。令，从图3中我们可以看到，坐标与时间不可能同时确定。 两体双态系统密度矩阵的展开式[7]： （3） 在量子通信技术中，假定原子1处于，原子2处于，这两个粒子的叠加态就处于纠缠态：并不知道那个原子处于，那个原子处于，处于纠缠态的双粒子体系中，一个粒子 的自旋总是与另一个粒子的自旋方向相反，大小相等。即使两个粒子离开很远距离，这个“整体性”回保持，实验者测量其中一个粒子的自旋，则另一个粒子的自旋不用测量也可以知道，这就是量子通信的超距性。让这纠缠态粒子处于“类空间间隔”（不可能用光信号相联系的空间），则这个“整体性”可以用来传送“超光速信号”，但是信号并不等于信息，如果接受的信号不能被接受者理解，那么信号就是一个迷，目前量子远程通信就是解决这个问题。奥地利的Zeilinger研究组和意大利的一个研究组分别在实验上利用孪生光子对的偏振纠缠态成功的实现了一个光子的远程传送[6],基于上述原理提出了一个利用纠缠态来远程传送量子态信息的方案如图3所示： 设想Allice和Bob已经实现了量子信息的远程传送，还需要借助经典信道传输信息，这也并不违背爱因斯坦的狭义相对论。Bob测得粒子3的自旋态，待传送的自旋态是经过某种幺正变换的结果，究竟是哪一个幺正变换，只能由Allice通过经典信道告诉Bob，在上述量子态的传输过程中，由于粒子1与粒子2发生了纠缠效应，原来粒子1的自旋态已经被破坏，这正是量子态不可复制的一种表现，也是未来通信安全的核心技术。 三、国内外现状和发展趋势 量子通信应用前景和发展存在问题和困难量子通信应用前景和发展处于纠缠的两个粒子，无论其距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的状态。即两个粒子间不论相距多远，从根本上讲他们是相互联系的。对一个进行测量必将使另一个产生关联的塌缩存在问题和困难量子隐形态并没有带来超光速通信，因为完成隐形态必须通过经典通道传递测量结果，没有经典信道，隐形根本不传送任何信息。而经典信息传递的最大速度不超过光速。目前，阻碍量子密码术走向实用的技术问题主要是制造出工作在所需波长上的高效的单光子检测器比较困难，而这对基于光子的量子密码术的实现则是很关键的。因 为为了防止窃听者通过一个半镀银镜之类的装置来窃听传送量子信息的光束，即窃听者将每一个闪光分解成两个强度较低的闪光，然后读取一个闪光而让另一个闪光 继续通过送至接收方，在此过程中闪光的偏振状态未受干扰。如果窃听者仅移走该光束中的适当部分，则接收方可能就察觉不到信号正在减弱。因此，必须以减少量 子信道数据传送的速率为代价，让发送方发送极其微弱的闪光：平均而言其强度为每个闪光小于一个光子，以有效地挫败这种窃听。所以，在量子密码术中必须采用 高效的光子检测器，以减少系统自身错误。 六、 结束语 随着科学技术的快速发展，通信范围已经超过了人类视野的范围，因此对及时、有效、安全、不失真的通信技术提出了新的要求，量子通信技术正是研究这类问题解决方案的核心，量子编码技术是未来网络安全通信的保障，量子通信技术还有望实现深海通信、深空通信、隧道通信，起具有广泛的应用前景。 参考文献 [1] 斯诺登称美入侵中国网络多年[N].京华时报,2013-06-14. [2] 古丽坪.安全有效的量子通信及其发展[J].科学之友,2010-07-04. [3] 吴沅.