量子通信论文范文
时间：2023-03-20 03:31:01
量子通信论文范文第1篇
量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰•贝尔于1964年提出贝尔理论，，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989年第一次演示成功量子密钥传输，1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利蔡林格小组在室内首次完成，2004年，该小组又将量子态隐形传输距离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16公里的自由空间量子信道，于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。
二、量子通信技术的发展趋势
量子通信技术的研究方向除了包括量子隐形传态还包括量子安全直接通信等，突破了现有信息技术，引起了学术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比，量子通信除具有超强抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助；与此同时量子通信的密码被破译的可能性几乎没有，具有较强的保密性；另外，量子通信几乎不存在线路时延，传输速度很快。量子通信发展仅仅经历了20年左右，但其发展却十分迅猛，目前已经被很多国家和军方给予高度关注。
量子通信在国防和军事上具有广阔的应用前景，作为量子技术的最大特征，量子技术的安全性是传统加密通信所无可企及的。量子通信技术的超强保密性，能够有效保证己方军事密件和军事行动不被敌方破译及侦析，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法上，也许现有计算机可能需要好几万年的时间，在现实中是完全无法接受且几乎没有实用价值的。但量子计算机却能在几分钟内将加密算法破解，如果未来这种技术被投入实用，传统的数学密码体制将处于危险之中，而量子通信技术则能能够抵御这种破解和威胁。
在民间通信领域量子通信技术的应用前景也同样广阔。中国科技大学在2009年对界上首个5节点的全通型量子通信网络进行组建后，使得实时语音量子保密通信被首次实现，城市范围的安全量子通信网络在这种“城域量子通信网络”基础上成为了现实。
三、总结
各国正是瞅准了量子通信技术的无限应用前景，纷纷加大对量子通信技术方面的投入力度。在未来的量子通信技术还应注意一些关键性的问题，如单光子源成本的降低、通信传输距离的加大以及检测概率的增强等，都仍需要进一步的研究。
量子通信论文范文第2篇
量子信道的建立速率定义为两个量子通信节点之间建立量子纠缠对的速率.基于纠缠态的量子通信网络中节点具有以下三个功能:远程传态功能、产生并向周围节点分发纠缠粒子功能和纠缠连接功能.其中纠缠连接功能由纠缠交换功能和纠缠纯化功能组成[2324],采用纠缠连接,可以为不存在纠缠粒子对的节点提供纠缠中继.在该网络中,距离较近的节点可直接分发纠缠粒子,建立量子信道,而相距较远的节点不直接分发高保真度纠缠粒子,需要通过中间节点依次中继,建立两节点间高保真度的量子信道.量子通信网络模型如图1所示.图1中个节点以单位密度分布在正方形的二维平面中,分布区域的正方形面积。整个分布区域的节点总数为,各节点在空间中随机分布,假设在不相交区域中节点数目相互独立,则节点的分布满足空间泊松过程.该量子通信网络有以下特点:1)所有的节点功能相同,可与相邻节点直接通信,也可通过相邻节点为中继与远处节点通信;2)量子信息通过量子纠缠对传输,但节点之间不预先存储量子纠缠对;3)对于相邻节点,在通信开始阶段,节点中进行纠缠粒子生成,生成的纠缠粒子传输至相邻节点,得到高保真度的纠缠对以供量子信息传输。4)对于相距较远的节点,需要先找到一条可以连接待通信两节点的拓扑通路.通过通路上节点的纠缠连接操作,在远距离的节点间得到高保真度的纠缠对.本文分别对该模型下任意两节点间的量子信道建立速率进行分析,包括基础链路、中继长链路以及趋于无穷大时大规模网络中远距离两节点间的量子信道建立速率.
2量子通信网络基础链路的信道建立速率
在基于纠缠态的量子通信网络中,将可以直接通过纠缠粒子分发建立量子信道的节点称为相邻节点,相邻两节点间通过纠缠粒子形成的量子通路称为基础链路.不存在基础链路的节点之间可以通过中继节点之间的基础链路建立量子信道.文献[25]对基础链路上的信道建立速率进行了分析.基础链路上的一个节点由于内部纠缠粒子的存储空间有限,所以节点产生纠缠粒子对的频率也受到限制.假设节点光子产生纠缠粒子操作的频率为,节点按成功概率生一定保真度的纠缠粒子对,为两节点之间的距离,为光速,则相邻两节点之间成功得到一个纠缠光子对的平均时间。
3中继长链路的量子信道建立速率分析
非相邻两节点间如果可以通过中继节点建立量子信道,则两节点间的量子通路称为中继长链路.相邻节点之间可以直接生成量子纠缠对以传递量子信息,但中继长链路上需要各中继节点通过纠缠连接,消耗中继节点上的量子纠缠对,从而在源节点和目的节点之间得到高保真度的量子纠缠对,建立量子信道.图2为仅有一个中继节点的三节点中继长链路,假设节点Alice为源节点,节点Carol为目的节点,节点Bob为中继节点,节点Bob和相邻节点Alice,Carol分别共享量子纠缠对A1-B1和B2-C1.该过程中,节点Bob对位于本节点的量子比特B1和B2执行贝尔基测量,即可得知A1,C1的纠缠状态.在最大纠缠态情形下,纠缠连接即形成.在非最大纠缠态情形下,纠缠连接概率性形成,。由于各基础链路上纠缠粒子生成和纠缠连接操作的顺序不同,可以得到不同的量子信道建立方法,不同的量子信道建立方法对应不同的量子信道建立速率.我们对逐点和分段两种量子信道建立方法所对应的量子信道建立速率进行分析.如图3所示,假设一条中继长链路由个节点和1条基础链路所构成,设源节点编号为1,目的节点的编号为,链路上的节点和基础链路依次编号.假设节点1和之间已建立量子信道,节点和节点之间也已建立量子信道,对某节点进行纠缠连接操作,可得建立该量子信道的速率。如图4所示,逐点量子信道建立方法中各个中继节点上的纠缠生成和纠缠连接操作依次进行,其步骤如下:1)生成中继节点2与源节点1之间的纠缠粒子对;2)生成中继节点2和下一中继节点3之间的纠缠粒子对,中继节点2进行纠缠连接,使得源节点1与中继节点3建立量子信道;3)生成中继节点3和中继节点4之间纠缠粒子对,中继节点3进行纠缠连接,使得源节点1与中继节点4建立量子信道;4)逐点进行,最后生成中继节点(1)和中继节点间纠缠粒子对,中继节点(1)进行纠缠连接,建立源节点1和目的节点间建立量子信道.逐点量子信道建立方法需要在2个中继节点上进行不相互独立的纠缠连接操作.基础链路的信道建立速率由量子纠缠分发速率决定.纠缠光子经由光纤或自由空间信道传输,再经过本地操作实现量子纠缠分发,该过程所需时间设为常数。
4基于逾渗模型的二维量子通信网络量子信道建立速率
量子通信网络的模型与传统通信网络模型类似,都可建模为个节点利用传输信道进行信息传递,所不同之处在于传统无线通信网络使用的是传统无线或者有线信道,而基于纠缠态的量子通信网络使用的是纠缠粒子构成的量子信道.与经典无线通信网络的网格划分相似,可采用逾渗模型对整个网络特性进行分析.逾渗模型证明通过适当的网络网格划分可保证整个网络的连通性,使得网络中的任意源节点和任意目的节点总可找到一条中继链路相连,整个网络中将形成高速公路(highway),高速公路可为其他不在高速公路上的节点提供中继[16].将图1中节点数目为的量子通信网络平面划分为边长为的正方形网格,若某个网格中至少含有一个节点,该节点可为相邻网格中的节点提供中继,则这个网格视为连通的.由单位密度泊松点过程的概率分布规律,网格中至少含有一个节点的概率为(si1)=1e2,其中si代表单个网格中的节点数.网格边长足够大时,可保证网格中至少有一个节点的概率足够大.当网格连通概率大于二维正方形逾渗的逾渗阈值时,将会出现无限大连通集团,整个量子通信网络必然是连通的,即网络中任意两个节点间存在直接量子信道或者由多个中继节点组成的量子信道.当网格连通概率大于二维正方形逾渗的逾渗阈值时,将在水平方向和垂直方向由连通的网格依次相连形成大规模的连通链路,这种连通链路的拓扑结构称为高速公路.高速公路上分布着大量的中继节点,且这些相邻中继节点之间的最远距离由网格的边长决定,使得基础链路的长度最长不超过网格对角线长.高速公路存在于网络水平方向和垂直方向,源节点找到离自己最近的高速公路入口节点,然后在水平方向的高速公路找到与目的节点垂直距离最近的节点,接着通过该节点沿着垂直方向的高速公路找到与目的节点最近的出口节点.由于高速公路的存在,若源节点和目的节点都在高速公路上,则这两个节点可直接利用高速公路的中继作用建立量子信道,若源节点和目的节点至少有一个不在高速公路上,则应先找到最近的高速公路入口节点或出口节点,再通过高速公路中继,从而建立量子信道。由此可知,高速公路上的基础链路的量子信道建立速率仅与节点的量子存储空间、网格划分的对角线长度、给定的量子信息保真度有关,与总节点个数无关,故相对于为常数阶.不在高速公路上的节点要先找到离它最近的高速公路节点作为入口节点或者出口节点,源节点与入口节点之间以及目的节点与出口节点之间存在基础链路,该基础链路的量子信道建立速率与总节点个数有关,由于不在高速路的点与最近的高速公路节点的距离不大于log+22[21],故该基础链路的速率。因此对中继长链路而言,分段量子信道建立方法的量子信道建立速率更高.因此我们对长链路上使用分段量子信道建立方法进行分析.根据源节点和目的节点分布不同,可分为以下两种场景.场景1:若源节点和目的节点都在高速公路上,则对于有Ω()个节点的这条长中继链路,基础链路的最长距离由网格划分的边长决定,此时基础链路上的量子信道建立速率为常数阶,源节点和目的节点成功得到量子纠缠对的速率。所以当量子通信网络的节点都利用逾渗模型所指出的高速公路进行长链路的中继通信,且采用分段量子信道建立方法时,整个量子通信网络的量子信道建立速率为Ω(1/).由于场景2的量子信道建立速率小于场景1的量子信道建立速率,整个量子信息网络的量子信道建立速率上限值由两者的较小值所决定的,故量子通信网络的量子信道建立速率为Ω(1/).
5结论
本文针对基于纠缠态的量子通信网络,提出了量子通信网络的网络模型.基于网络模型,提出了量子信道建立速率概念.根据链路结构的不同,把量子通信网络中的通信链路分为基础链路和中继长链路.在中继长链路上,量子信道建立方法的不同会导致整体链路量子信道建立速率有很大的不同.通过对逐点量子信道建立方法的分析,提出了一种应用量子中继长链路的分段量子信道建立方法,得到在逐点方法和分段方法下,对于有个节点的中继长链路,量子信道建立速率分别为Ω(1/e)和Ω(1/).通过逾渗模型揭示了量子通信网络的连通性和拓扑结构,得到了中继长链路的节点总数和基础链路的最大长度,将分段量子信道建立方法应用到逾渗高速公路拓扑的长链路中,对大规模纠缠态量子通信网络中任意两点间的量子信道建立速率进行分析,推导出个节点二维量子通信网络中量子信道建立速率为Ω(1/).
量子通信论文范文第3篇
关键词：量子通信定义 量子通信理论由来 驳倒爱因斯坦的实验论据
一、量子通信定义
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。量子通讯是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。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等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。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，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。
二、量子通信理论由来
“1935年5月的一天早晨，爱因斯坦像往常一样准时来到普林斯顿高等研究院的办公室。他来普林斯顿小镇快两年了，已经熟悉并开始喜欢这个恬静的“室外桃园”。办公桌上放着他和助手波多尔斯基、罗森一起刚刚发表在《物理评论》上的论文。他拿起来看了看，脸上露出孩子般顽皮的微笑――这回他终于可以战胜老对手玻尔了。与此同时，在大西洋彼岸的哥本哈根大学玻尔研究所，爱因斯坦的文章立刻引起了物理学家玻尔的关注和不安。这对他来说简直是个晴天霹雳！玻尔立刻放下所有的工作，他说：‘我们必须睡在问题上。’爱因斯坦和玻尔是20世纪两位最伟大的物理学家，他们都为量子理论的建立做出了奠基性的贡献。然而，他们对于这个理论的含义却一直争论不休。这一争论被称为‘关于物理学灵魂的论战’。”――引自郭光灿院士《爱因斯坦的幽灵：量子纠缠之谜》。
郭光灿院士书中所指的“物理学灵魂”的论战，与“量子纠缠”现象有着莫大的关系。 在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化就能立即影响到另外一个粒子，即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态，这就是量子纠缠。尽管爱因斯坦最早注意到微观世界中这一现象的存在，但却不愿意接受它，并斥之为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”。
三、驳倒爱因斯坦的实验论据
对EPR实验的验证始于1960年，在1980年终于获得有说服力的结果。这些是实验大多都是以光子来做为自旋关联。主要是利用院子的级联辐射，选择出光子动量为0的情形。1982年，法国物理学家艾伦•爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum entanglement）的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。
四、突破传统的通信方式
1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案：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。在量子通信系统中，共享信息的两个人必须共享几乎一致的两个成对产生并永远缠结在一起的光子。一旦信息被带到第一个光子上，它将会消失并重现在第二个光子上，以实现不加外力方式传输信息。不加外力传输的概念是以量子物理学为基础的，它所使用的是具有波、粒两重性但没有电荷和质量的光子，而不是常规使用的电子。在量子通信中，报文是以不加外力传输方式传输的。不加外力传输方式就是使信息在一个地方消失，从而使其能在另一个地方出现的过程。它不需要通过空中、太空或线路传输。在这一过程中，发送者与接收者共享所需光子的数量，决于所发送报文的长度。在量子通信中，由于光子只能成对产生，因此，所有量子的不加外力方式只能在一个发送者和一个接收者之间进行。如果接收者需要将报文传送给其他人，则每次必须共享和使用缠结在一起的新的一对光子。因此，量子网络必须一个链路一个链路地建立。
利用量子信息技术之一量子密码术，可实其基本思想是：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。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。
五、量子通信的发展状况
量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性，不但在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，而且逐渐走进人们的日常生活。
为了让量子通信从理论走到现实,从上世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科技大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。
2006年夏,我国中国科技大学教授潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学―维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验，由此打开了量子通信走向应用的大门。2008年底，潘建伟的科研团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统，在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网，成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一（另一小组为欧洲联合实验团队）。
参考文献：
量子通信论文范文第4篇
但是，让许多人真正记住潘建伟的，却不是因为他被称为“中国量子力学通信第一人”，而是一次他在央视的演讲：中国为什么拿不了诺贝尔物理学奖？
潘院士讲了两个这样的故事，让人感触良多：
以前在国外留学的时候，我到阿尔卑斯山大峡谷，一个很少有外国人到的地方去游历。
一个大概80多岁、满头白发的老太太，坐在轮椅上，问我是干什么的。我说是做量子物理的。老太太问，你做量子物理的哪一方面？我说是量子信息、量子态隐形传输，用英文就像时空穿越里面的东西。万万没想到，老太太说：我读过你在《自然》杂志发表的那篇文章。
这是一位80多岁的老太太，她仍然对科学抱有浓厚的兴趣，竟然自己跑去读艰涩难懂的科学期刊，这是一种天生的好奇。
过了几年之后，潘教授在海德堡大学做了一个手术。他醒过来之后，正好护士站在他的床前。护士说：潘教授，你是不是就是研究跟时空穿越类似的东西啊？潘教授说：是啊。护士说：你能不能给我讲讲？但因为潘教授当时鼻子里面插着两个管子，非常痛苦。他说：现在我讲不了，我将来送给你点资料吧。这就是普普通通的欧洲人，对物理学的好奇。
潘建伟说，他在国内也做科普演讲，尝试用最生动浅出的方法讲量子叠加态、量子纠缠。
下面的学生说：老师，我很认真听了，但是听不懂。然后，学生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戏了。他说：我们国家为什么没有人获得诺贝尔物理学奖，原因也许也在这其中，对科学没有真正的好奇，怎么出得了诺贝尔奖大师呢？
但这也正是为什么对于中国人来说，潘建伟如此珍贵。早在十年前开始，他就被称为“中国离诺贝尔奖最近的人”。然而这位中国物理学的巨星，小时候却曾经是得40分的差生，在农村小学，英语根本就没有学过，初中后才第一次写作文。但凭着一股不放弃、不服输的意志，潘建伟这个从小就爱玩的孩子一路迎头追赶，考取了中国科技大学。在大学里，他仍然不太起眼，当时班上高考状元就有7人。不过，潘建伟仍然和儿时一样，钻研自己真正感兴趣的东西。“量子力学所预言的种种奇特现象，以及量子力学诞生一百余年来对人类物质文明进步所带来的巨大变革，使我对量子物理产生了浓厚兴趣。因此，探究量子世界的各种奇妙现象也成了我终生的奋斗目标。”在潘建伟的心中，对量子的探究是保持他精神自由的工具，也是他摆脱精神桎梏的飞行器。
在获得中国科技大学理论物理学士和硕士学位后，1996年，潘建伟来到奥地利攻读博士。他在因斯布鲁克大学第一次见到导师塞林格教授时，这位量子物理学世界级大师问道：“你的梦想是什么？”他的答案脱口而出：“我要在中国建一个世界一流的量子物理实验室。”他此后的人生，就是一步步地向着这个目标前进的过程。
1997年，他在塞林格的领导下，作为第二作者在《自然》杂志上，宣布在实验中实现了量子态隐形传输，这被公认为量子信息实验领域的开山之作。《科学》杂志将其列为年度全球十大科技进展。这一年，他年仅27岁。
1999年，潘建伟博士毕业准备回国工作，却发现那时量子信息研究在国内还是一片空白，不仅不被承认，甚至还被认为是伪科学。这使得他根本无法申请到科研经费。
就在这时，他那篇“量子态隐形传输”论文，被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”，一同入选的还有“爱因斯坦建立相对论”等重大成果。消息传到国内引起轰动，潘建伟提交的科研项目申请终于获得批准。2001年，潘建伟在中科大负责组建量子物理和量子信息实验室。他想：“过去，我们在科研领域常常扮演追随者和模仿者的角色，研究方向的选定、科研项目的设立都先要看看国际上有没有人做过。量子信息是一个全新的学科，我们必须学会和习惯做领跑者和引领者。”
就这样，潘建伟小组曾经成功创造了量子研究的6个“世界首次”。“这标志着中国在量子通信领域的崛起，从十年前不起眼的国家发展为现在的世界劲旅，将领先于欧洲和北美。”国际权威期刊《自然》杂志不禁感叹。2011年，潘建伟被增选为中国科学院数学物理学部院士，并成为当年增选产生的最年轻院士。2012年，当选为发展中国家科学院（TWAS）院士，获得量子信息科学领域最高奖项“国际量子通信奖”，潘建伟也是获得这一荣誉的第一个华人物理学家。2015年，科研成果“多自由度量子隐形传态”入选英国物理学会新闻网站《物理世界》评选的“2015年度国际物理学领域的十项重大突破”并名列榜首。2016年，由他作为第一完成人的科研项目“多光子纠缠及干涉度量”获得2015年度国家自然科学奖一等奖，该奖项被称作中国自然科学领域最高奖。
但是对潘建伟自己来说，他对物理学的钻研，跟这些奖没有任何关系，只是来自于最初的好奇。他最喜欢的生活状态，是思考问题，在思考到最艰难的时候去林间散步。他有一个怪癖，就是喜欢捡掉落在地上的树枝来闻，在这种和自然近距离接触的状态下，他觉得这是人类最初的状态，和自然没有隔阂，融为一体，这也是物理学的追求。
热议锐评：也许，正是保持着这样的初心，和对自然的最初的好奇，潘建伟才得以成为中国最好的量子物理学家。而对你我这样平凡的中国人来说，我们所缺的，不是少学了多少个物理学定理，我们所缺的，是在日复一日的应试教育的课堂上，被磨灭掉的对物理学最初的好奇。
素材运用：保持对科学最初的好奇；思考；梦想；奋斗；创新的土壤；做领跑者和引领者；创造奇迹的中国人；不怕输的精神；未来充满无限可能；励志人生；改变与反思……
量子通信论文范文第5篇
密码钥匙
大家都喜欢看谍战片吧？科技含量高的谍战片通常有破解通信密码的情节。破解通信密码需要获得密码钥匙。
这里说的密码钥匙就是信息的加密方式，因为它和咱们开门用的钥匙有相似功能，所以被称为密码钥匙，简称密钥。打个比方，甲想向乙传输“123”这段信息，先按照将每个数字都加3的方式向乙传输“456”，“123”就叫明文，“456”就叫密文，而每个数字都加3就是密码钥匙。发送者可用密码钥匙加密信息，接收者可用它来解密。
如果第三方没有密码钥匙，又想获得明文信息，就需要间谍活动了。间谍获得密码钥匙的方法很多，有时靠骗，可以从甲或乙那儿骗来密码钥匙；有时靠买，间谍向甲或乙许以报酬，收买密码钥匙有时也能成功；有时还靠偷。
无论骗还是偷，都属于人工方法，获得密码钥匙的效率比较低。现在间谍都愿意用计算机通过计算来获取密码钥匙，就是利用计算机的超强功能，寻找密文信息的变化规律，其中的规律就是加密方式。有了计算机这种机器助手来帮助间谍破解密码，间谍们很嚣张地宣称：没有破解不了的密码钥匙，破解密码钥匙只是个时间问题！
利用计算机破解密码终究会成功，所以说信息安全只是某一段时间内的相对安全，而不是永久的安全。那么，有没有永远不会被解密的通信方式呢？有呀，它就是量子通信。
科学探索
公元前405年，雅典和斯巴达发生了战争。斯巴达军队捕获了一名雅典送信人，从他身上除了搜出一条布满杂乱无章的字母的腰带之外，别无所获。情报究竟藏在什么地方呢？斯巴达军队统帅莱桑德无意中把腰带呈螺旋形缠绕在手中的剑鞘上时，奇迹出现了，原来腰带上那些杂乱无章的字母，竟组成了一段表意清楚的文字，密码得以破解！腰带情报，就是世界上最早的密码情报，具体运用方法是，通信双方首先约定密码解读规则，然后通信一方将腰带缠绕在约定长度和粗细的木棍上书写？收信一方接到后，如不把腰带缠绕在同样长度和粗细的木棍上，就只能看到一些毫无规则的字母。
趣味链接
有人通过破解密码显示才能，有人通过设计密码显示才能。1977年，数学家李维斯特给出了一个129位数，要求把这个数分解成两个质数的乘积，得到这个结果，就会发现隐藏的信息。其实这个129位数就是密文，分解质因数就是密码钥匙。李维斯特信心满满地宣称，算出他的密码钥匙，需要好多亿年。谁知17年之后，600名密码破解爱好者动用了1600台计算机，只用了6个月的时间就把李维斯特的密码给破解了，获得的信息是“挑食的秃鹰”。密码虽然被破解了，但人们还是很佩服李维斯特：他太厉害了，得600人联手，用1600台计算机，花了6个月才打败他！
量子通信是什么
传统的通信方式都需要介质，比如写信你得用信纸，打电话的信号得靠电磁波来传输。窃密者通常会侵入介质获得通信信息，在掌握了密文信息后，再通过计算获取密码钥匙，将密文破解成明文。凡是通过介质传送信息，必定无密可言，这种破解密码的方式通常被称为“截获”。
量子通信是不需要传输介质的，这是为什么呢？
科学家在1900年发现了量子这种微粒，进一步发现了量子纠缠现象。量子纠缠是这样的：一对量子甲和乙，甲携带的信息，可以瞬间在乙身上体现出来！不架天线，不铺电缆，信息可以在量子之间无形无影地传输，这事跟神话中的心灵感应似乎是一个套路呀！
是的，量子通信可以看作是神奇的心理感应术，信息的传输端和接收端之间不用连接实线，也不需要电磁波，信息来去很神奇。量子纠缠现象曾经被爱因斯坦浅显地描述为：两个物体之间，无论距离多远，都存在相互感应信息的天然魔力。
量子通信非常神奇，且非常安全，这又是为什么呢？
量子通信的一个特点就是加密速度极快，它可以给数之不尽的每一个信息片段加一个独立的密码钥匙。举个例子来说，如果把一次通话分割成100亿个信息片段来传输，则量子通信可以瞬间给这100亿个信息片段各加各的密码钥匙，这种加密方式被形象地称为“一次一密”。你可以想象，在通信过程中，信息源源不断，加密码钥匙源源不断，千变万化，间谍要破解这么多的密码钥匙，简直是比登天还难。一次一密带来了天量密码钥匙，让密码间谍从此失去饭碗！
有人或许会说，让计算机出场帮着计算嘛！
这主意不错，不过告诉你吧，现在的计算机虽然有超强的计算能力，但是它们面对无穷无尽的量子通信密码也是束手无策，算不尽呀！如果硬要一台计算机来破解量子通信密码，从理论上说也是可以的，但时间却需要数亿年，甚至是无限久。呵呵，计算机破解量子通信密码，时间是无限久，其实就是破解不了的意思呀！谁等密码能等上数亿年呢？
还有，量子通信不是不需要传输介质嘛，所以，间谍想在半路上截获信息的想法也破灭。
有人或许又要问了：你在半路上截不到信息，不会直接从传送端和接收端的量子上获取信息吗？
嗯，这想法似乎不错，但做法也行不通呀，因为量子还有一个特点：只要有人干扰它，想从它身上获得信息，它立马就改变原来的信息状态，把真实信息提前毁掉，让间谍一无所获。量子这种干扰即毁信息的特点，封死了间谍想从信息发送端和接收端获取信息的想法。如果有的间谍“不知趣”，非得要到量子那儿获取信息，那么信息接收方和信息发送方就可以从量子自毁信息的频率，判断是不是有人正在搞窃密，让间谍行为立马现形。这么说来，身负通信使命的量子，还是通信警察呀，只要间谍一来，它立即报警，让间谍无处遁形。
哎，在量子通信时代，间谍要么选择远离量子通信网络，要么掩耳盗铃却被人捉，间谍成了超高危无成果的职业，没有人能做得来了。
量子通信先靠一次一密的加密方式，把间谍淹没在密码钥匙的大海里，还会用自毁信息的方式报警，让仍旧执迷于截获信息的间谍无处藏身，基于这两点，量子通信就成了绝对安全的通讯方式。
科学探索
世界是运动的，但是宏观世界的运动规律和微观世界的运动规律并不相同。牛顿提出的物理学说解答了宏观世界的运动规律，但牛顿的学说一拿到微观世界来解答微观世界的运动规律就会“失效”。这种失效促使科学家努力寻找微观世界的运动规律，于是量子力学就产生了，量子力学是一门年轻的科学，它总共才有一百来年的历史。
英国有所谓的物理学家提出，人的灵魂是由大脑中的量子物质形成的，当人死亡之后，大脑微管中的量子信息会离开身体进入到宇宙，如果能阻止这些量子向宇宙中散失，就可以阻止人的死亡，如果能把散失在宇宙中的大脑量子收回来，人就能死而复生。量子科学有这么玄乎吗？人可以不死，可以死而复生，这类“量子理论”谁敢信呀！
为什么发射量子卫星
既然量子之间可以传输无限加密的第三者不可破解的信息，那就在地球上建设量子通信网络就行了，为什么还要发射量子卫星呢？
这得从目前量子信息传输的距离来解释这个问题。
甲量子向乙量子传送信息，理论上它们之间心灵感应的距离可以无限远，无论间隔多远，信息都能由甲传输给乙的。但事实上，量子在自由环境里（即地球表面环境），能量会衰减，衰减虽然不影响信息传递，但影响我们人类对信息的辨别，你想想，甲虽然最终把信息传递给了乙，但信号太弱，弱到目前我们无法辨识，不也是无用嘛。
量子之间信息传输距离是无限的，多远都能传到。但量子之间保持信息可辨认的传输距离却是有限的，太远了，它们之间有“对话”，但咱们却“听”不清楚了。
1977年，科学家利用量子传送信息，结果只让信息传送了数米远的距离。这个距离虽然很近，但是验证了量子传输信息的可能性。
随后，量子通信在“能”的基础上，不断进步，传输距离从最初的数米，发展到了可以传输16千米了：2010年6月6日，中国量子通信实验小组将信息传输了16千米的距离，创造了当时量子通信的新记录。
量子通信可传输16千米，但仍旧不能满足实用要求。于是在16千米的基础上，科学家们继续努力，要让量子通信的距离越来越远，可这个期望后来“破灭”了，因为科学家发现在自由环境中，量子通信距离存在一个极限，大约是100千米。100千米的传输距离虽然具有实用价值，但是要建设量子通信网络，需要在地面上每隔100千米建设一个传输基站。众多基站，会降低量子通讯的效率和安全性，因为信号需要不断在明文和密文之间多次转换接力，每个基站容易成为信息安全漏洞，所以大量建设基站支持量子通信的方案被认为不可行。
基站方案被否决之后，科学家就把建设量子通信网络的厚望寄托于量子通信卫星身上。量子卫星可以把量子信息传输的距离扩大到数千千米，三颗量子卫星就能满足在全球建立信号优良、安全无忧的量子信息通信网络，让信息高速安全地直达任意地方，所以说发射量子卫星是量子通信网络建设的关键节点，谁拥有了量子卫星传输技术，谁就掌握了全球量子通信网络建设的主动权。
中国发射的“墨子号”，是全世界发射的第一颗量子通信卫星，标志着中国将成为量子通信界的老大，在以后量子通信网络建设进程中，中国的话语权和支配权都将是至高无上的。别的国家见咱们有了量子卫星，都急红眼了！
全球首颗量子科学实验卫星为什么命名为“墨子号”。墨子是我国古代伟大的科学家，被称为“科圣”。他最早提出光线沿直线传播的理论，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。用中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，为的是提升我们的文化自信。
主持建造“墨子号”的潘建伟教授是我国量子科学的领头人，1996年他到奥地利求学量子科学，导师问他的梦想是什么，他说要在中国建世界一流的量子物理实验室。仅过了一年，他就与同事合作，宣布在实验中实现了量子态隐形传输，这被公认为量子信息实验领域的开山之作，《科学》杂志将其列为年度全球十大科技进展。这一年，潘建伟仅27岁。后来，潘建伟回国开展量子科学研究，结果理解这门科学的人太少，什么隐形传输，什么大变活人的，他的研究项目被称为伪科学，本人则被误解为骗子。今天这个“骗子”终于可以向所有人说：看，一切都是真的！
量子传输的不仅仅是信息
目前这个阶段，中国发射的量子卫星，主要担负安全传输信息的实验任务。将来，量子卫星的任务不仅仅是传输信息，很有可能还会传输人。
什么？传输人！
是的，就是传输人。
前面我们说过，量子是微粒。可以把物体理解成是由量子组成的，也就是说物体可以分解成一个一个的量子，量子不但可以瞬间传输信息，而且可以瞬间传输量子。如果用量子传输信息，就叫量子通信。如果用量子传输量子，那么传输人就成为一种可能，这在魔术里叫大变活人吧。
我们用量子传输量子，就可以将魔术变成真实的科技项目。科学家在用量子传输信息的基础上，还开始研究如何把量子传输信息变成量子传输实物，这项研究被称为隐形传输。
隐形传输技术在科幻电影《星际旅行》中有体现：宇航员在特殊装置中平静地说一句：“发送我吧，苏格兰人！”他瞬间就被转移到外星球了。将来，量子机器很可能把科幻电影中的神奇情景变成现实，依靠量子传输实物的功能将我们发射到想去的星球上去。
尽管想要达到“发送我吧”这样的结果，我们还得等上一些年头，但量子隐形传输技术，终将带我们走进不可思议的量子传输情景中，很可能让我们瞬间到达我们想到达的任意地方。量子传输或许将是星际旅行的终极大法――因为，身体是由量子组成的，量子能够被瞬间传输，所以我们的身体，我们的生命也就可能被瞬间传输。
天呀，原来大变活人不只是魔术！
科学探索
量子有两个基本原理：第一个是量子纠缠，类似孙悟空和他的分身，二者无论距离多远都心有灵犀。当两个微观粒子处于纠缠状态时，不论分离多远，对其中一个粒子的量子态做任何改变，另一个会立刻感受到，并做相应改变，这个原理可用来传输信息。第二个是量子叠加，就是指一个量子系统可以以不同形态在不同的位置出现，比如组成一只猫的量子系统，可以在A地表现出猫已死的状态，又可以同时在B地呈现猫活着的状态――这死而复生的原理，也是大变活人的依据。
量子通信论文范文第6篇
这段距离仅有16公里,在晴朗的白天,他们彼此甚至目力可及。只是,这并不是一封信、手机短信或电子邮件,而是好像“时钟指针”一样表示着量子运动状态的量子态。
这已经是量子态目前在世界上跑出的最长距离。6月1日,世界顶级科学刊物《自然》杂志的子刊《自然・光子学》以封面论文的形式,刊登了这项成果:一个量子态在八达岭消失后,在并没有经过任何载体的情况下,瞬间出现在了16公里以外。实验的名称叫做自由空间量子隐形传态,由中国科学技术大学与清华大学组成的联合小组完成。
美国国际科技信息网站盛赞,这一成果代表着量子通信应用的巨大飞跃。
想要给大家都讲明白
实在是一件痛苦的事
这确实是一个难以令人理解的研究领域,面对抱着巨大好奇心的公众,研究者不禁感到苦恼,“ 想要给大家都讲明白实在是一件痛苦的事”。
早在3年前,中科大前校长朱清时院士在形容负责组建联合小组的中科大教授潘建伟时也声称,潘在量子通信领域的工作“对于一般人来说是难以理解的”,“不然会感到更强的震撼力”。
一切还要从量子说起。量子是不可分的最小能量单位,“光量子”就是光能量的最小单位。
在奇特的量子世界里,量子存在一种奇妙的“纠缠”运动状态。中科大量子信息实验室教授彭承志愿意将一对纠缠状态下的光子比做有着“心电感应”的两个粒子。再用个更贴切的比喻,纠缠光子就好像一对“心有灵犀”的骰子,甲乙两人身处两地,分别各拿其中一个骰子,甲随意掷一下骰子是5点,与此同时,乙手中的骰子会自动翻转到5点。
事实上,乙甚至根本不需要知道也不能查看自己手中究竟握着几点。因为在物理学上,每一次对纠缠光子的测量都会破坏原有的状态,“就像冰淇淋,你必须尝一口才知道它的味道。但当你尝了一口时,冰淇淋就已经发生改变。”一个专业人士这样解释。
因此,甲只需要通过电话、短信等渠道告诉乙,自己刚刚掷出了5点。乙即便不用摊开手掌,也可以知道自己手边这个“心电感应”的骰子也成了5点。
这听起来就像一场魔术表演。只是,甲和乙之间传送的只是类似“转成5点”之类的信息,而不是实物。
这是目前量子态在自由空间中隐形传输的最远距离
这段16公里的旅程创造了新的世界纪录,这是目前这个星球中量子态在自由空间中所能隐形传输的最远距离。
事实上,在量子态隐形传输经历的漫长旅程中,每一点距离的进步都可以被视为一座里程碑。1997年年底,位于奥地利的蔡林格研究小组首次在实验平台上几米的距离内成功地进行了这一实验。
虽然当时的传输距离仅达数米,但美国《科学》杂志却将其列为该年度全球十大科技进展。《科学》杂志的评语是:“尽管想要看到《星际旅行》中‘发送我吧’这样的场景,我们还得等上一些年,但量子态隐形传输这项发现,预示着我们将进入由具有不可思议的能力的量子计算机发展而带来的新时代。”
科幻电影《星际旅行》至今仍在科幻娱乐史上排名榜首。它讲述了人类的梦想:宇航员在特殊装置中平静地说一句,“发送我吧,苏格兰人”,他就会瞬间转移到外星球。在经典游戏“暗黑破坏神”中,女巫角色的技能是“瞬间转移”。只要施展这个魔法,女巫就会伴着一道闪光消失,并出现在任意一个想去的地方。
“这种现象,与量子态隐形传输很类似。”一位联合小组成员谨慎地选择着用词。当然,它们并不相同。在这项实验中,被传输的是信息而并非实物。
1999年,蔡林格研究小组的论文又与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等重大研究成果一起,被英国《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。而就在那时,这篇论文作者栏中一个26岁的年轻人,就是当时在奥地利维也纳大学从事研究工作的潘建伟。
不过接下来,发展并不算顺利。直到2004年,蔡林格小组才利用多瑙河底的光纤信道,将量子隐形传态距离提高到600米。
这次中国的实验在技术上有了重大创新,光子在传播过程中会因偏振而引起变化,联合小组的科学家们对此进行了“正反馈”,即用简单的光学器械控制住光子的偏振态,使这次实验的保真度最终达到了89%。也就是说,“尽管不能正确无误地发送每一个码,但信息是可以传送的”。
“如果地点允许,我们本来希望能达到20公里。”联合小组成员、清华大学物理系副研究员蒋硕觉得很遗憾。他在一间窗台上生长着翠绿爬藤的办公室里接受了记者的采访。
随着高度增加,空气也会变得更加稀薄。所以,地表10公里的空气密度,基本相当于从地球到外层空间几十公里距离的空气密度。“20公里的传送距离,就表明光子可以在地表与外层空间卫星间打一个来回。”这也就意味着量子信息可以通过卫星在不同地区,甚至国家间传递。
可在野外实验,状况却无法保证同实验室里一样理想而精确。最终,因为位置便利,研究者们将“秘密基地”分别设在八达岭长城脚下与河北怀来的两家小旅馆,地理距离16公里。
为了用激光为量子态传输打出一个光链路,他们的实验大多在其他人沉入梦乡的夜晚进行。光链路是为了帮助随后分发的光量子“探路”。那些已经睡着了的人并不知道,这群在半夜里还摆弄着有点吓人的绿色激光的年轻人,也正在实现这个世界全新的通信梦想。
“尽管我们只传送了16公里,但这在科学上证明了量子信息的远距离传输是可行的,也意味着量子信息通过卫星进行传递有可能实现。”蒋硕说。
为了防御一个还未出现的威胁
这些站在科学领域最前沿的中国物理学家明白,进行量子通信研究,除了能够实现隐形传态这种奇妙的物理现象以外,还能够实现更重要的使命,那就是防御一种“还未出现的威胁”。
威胁来自尚未被成功发明的量子计算机。早在上个世纪,科学家们就已经开始设想,用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,从而大幅度减少运算时间。如果将未来的量子计算机比做大学教授,今天所谓超级计算机的能力甚至还比不上刚上幼儿园的小班儿童。
你可以想象这样一个惊人的对比:现在对一个500位的阿拉伯数字进行因子分解,目前最快的超级计算机将耗时上百亿年,而量子计算机却只需大约几分钟。
“一旦哪个疯子发明出来量子计算机,他就可以攻破所有的密码。”蒋硕指出了这个可怕的威胁。事实上,现在通用的加密方式并非如想象般安全,它们都有破译的方法,只不过由于现有计算机运行能力的限制,破译一个密钥可能要耗费上万年,甚至上百万年。
如果量子计算机出现,我们目前自以为安全的一切将不堪一击。那将是一个超级神偷,可以偷走现代文明中人们赖以生存的一切――银行存款、网络信息。它也足够冲破军事或安全系统,调转导弹的轨道,令整个国家陷入混乱与灾难。因此,没有人敢懈怠,“这并不是一项杞人忧天的研究。所有的防御必须出现在进攻之前。”美国科学家的预言就像一个倒计时牌,“量子计算机可能将在50年之后出现。”
因此,“只有采用量子信息才是安全的,必须占据先机。”这样,一切“窃听手段”将失去原有的意义。如果一个间谍想要收集情报,他必须窃取发送途径中的光子,经过测量后再次传给接收者。但因为光子对的纠缠特性,这样的窃取就会被发现,“就像被尝过的冰淇淋一样”。
当然,眼下这只是一场看不见对手的战争。“如果没有量子计算机这支矛,量子信息这面盾就发挥不出作用。”蒋硕说。他同时也认为,即便技术成熟,“如果量子计算机没有出现,并没必要进行大规模的产业换代”。
然而,这篇后,蜂拥而至的报道和议论却让科学家们发现,公众似乎误解了自由空间量子隐形传态的真正意义,“很多人都认为,这个实验的成功代表着超时空穿越可能实现。”
显然,能够传递一组信息并不意味着已经可以传递实物。“我们对世界的了解仍然不够透彻。”一位研究者说。科学家们现在还不知道应该如何通过隐形传输的方式传送实物,“我们曾经以为世界上最小的是原子,可是后来发现原来里面还有质子和中子。然而,没有人知道质子和中子是否还能被继续拆分。更何况想要传送一个生命体,又该如何处理他复杂的脑电活动呢?”
“目前我们实现的仅仅是单光子量子态的隐形传输,在未来有可能实现复杂量子系统的量子态隐形传输,但距离宏观物体的量子态隐形传输还具有非常遥远的距离。”彭承志说。
也许,正是“非常遥远的距离”带给了人们遐想。毕竟,曾经实验台上量子态只能前行几米,而今,它已经可以穿越16公里。将来,它还可能在星球之间传递。
“科技发展的速度有多快谁能知道呢?”一位参加这项研究的科学家说,“就好像打算盘时的人们永远想不到,在不久的将来,人类发明出了每秒运行几千亿次的电子计算机。”
量子通信论文范文第7篇
关键词EPR关联背景 波尔与爱因斯坦论战 量子信息
文章编号1008-5807（2011）02-098-02
一、EPR问题的提出背景
EPR的提出是源于爱因斯坦与波尔论战。这场世纪之初的争论的是发生在汇集众多鼎鼎有名的物理学家参加的会议―索尔维会议上。索尔维会议是由一位比利时的实业家欧内斯特・索尔维创立了的，著名物理学家能斯托出面邀请而召开的。每三年举行一次。如今我们再回头去看当年第五届会议的合影，我们就会发现几乎每一位都是物理学上有名的大师：“量子力学之父”，马克斯・普朗克；塞曼效应发现者之一，洛仑兹变换公式的提出者，亨德瑞克・安图恩・洛伦兹；催化了当时酝酿已久的中国物理学会成立的保罗・朗之万；狄拉克方程的提出者，保罗・阿德里・莫里斯・狄拉克；还有两次诺贝尔奖的的居里夫人……当然其中最引人瞩目的便是：爱因斯坦，波尔，薛定谔。是他们对基础物理学做出了巨大的贡献。第五、六届的索尔维会议虽然主题分别为“电子与光子”和“物质的磁性”但实质上是物理学大师的量子力学研讨会，也是爱因斯坦与波尔争论主要交锋会议。在戈革的著作《尼尔斯?波尔他的生平、学术和思想》一书中就把爱因斯坦与波尔的争论划分为三个阶段：“ 1927年以前的酝酿阶段”，“1927年之1930年的交锋阶段”，“1930年以后的僵持阶段”。其中的交锋阶段就是指第五届和第六届的索尔维会议。
在第五届索尔维会议上爱因斯坦与以玻尔为首的哥本哈根学派主要就海森堡的测不准原理展开了论战，其中爱因斯坦设计了不少巧妙的实验力图证明对单个过程有可能提供一个精确时空描述。但这些思想实验都被波尔一一驳倒，是爱因斯坦最后不得不认输。显然在这次会议上哥本哈根学派的量子力学解释获得了普遍接受。当然爱因斯坦决不会服气，自然也就引发了在第六届索尔维会议的论战。第五届索尔维会议爱因斯坦的思想实验都是关于坐标与动量的，在这一届会议上，爱因斯坦则是提出了关于能量与时间测不准关系的问题。其中一个有名的实验是：
假设有一个能够脉冲式发射光子的盒，爱因斯坦指出可以通过称量发射前后盒子质量，利用质能关系,就可以利用任意小的误差来确定能量差值，进而利用能量守恒定律求出光子的能量。时间与能量以任意精度确定，与海森堡关系矛盾。这个问题虽然表面看起来正确，波尔没有立即回答，但仅过一个不眠之夜，波尔就通过广义相对论中的“引力红移效应”反驳了爱因斯坦。波尔指出在一个重力场中下降的时钟会走慢，因此光子盒可以精确测定能量，但无法控制光子溢出时间。爱因斯坦被自己理论而反驳，输了又一场辩论。
此后爱因斯坦开始关注量子力学的不完备性。在1935年，出现了著名的EPR文章。
二、EPR论文的内容
1935年，爱因斯坦，波多尔斯基，罗森共同发表了一篇文章《能认为量子力学物理学是在的描述是完备的吗？》。爱因斯坦以他一贯坚持的实在论的观点，提出了一个极为巧妙的思想实验，来证明量子力学有一个佯谬：要么量子力学对物理的描述不完备，要么就存在是超距作用。他们的文章后被称为EPR文章，以后对这个问题的论证被称为EPR论证，这个佯谬叫做EPR佯谬，文章中所指出的神秘的超距作用叫做EPR效应。
EPR佯谬中，爱因斯坦同前几次一样仍然挑战哥本哈根学派的核心原理之一―测不准原理，同时他的这一著名的思想实验也阐述了量子理论最奇怪的方面―“超距作用”，即一个量子体系在被分开有几个部分之间，似乎需要比光速还快的超距作用 。当我们不对体系进行任何干扰，却能确定地预言某个物理量的值时，必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量，即实在性判据。EPR在推理过程中还默认了以下两个假设：（1）定域性假设；如果测量时两个体系不再相互作用，那么对第一个体系所能做的无论什么事，都不会使第二个体系发生任何实在的变化；（2）实在性假设：物理独立于人的客观意识存在。接着，EPR介绍了物理实在的量子力学描述的一般特征后，认为量子力学不满足上述这些判据，所以是不完备的。论文的第一部分似乎不够说服力，给人一种抽象的感觉。所以爱因斯坦在第二部分阐述了一个较为具体的例子。
爱因斯坦假定量子力学适用于相关体系。假定体系包含两个粒子，他们之中每一个坐标算符和动量算符是不对易的。但是和对易，他们之间可以有共同本征态。由此制备一个量子态本征值为a，本征值为0。设想a很大以至于对一个的测量无法影响到另一个。所如果测得粒子1的坐标为x，那么粒子2坐标为x+a，；如果测量粒子1的动量为p，则粒子2的动量为-p。也就是说对粒子1的测量同时也对粒子2进行了测量。而根据海森堡不确定性原理，不能对粒子1的坐标动量同时精确测量，这就意味着在测量的时候，我们也无法测量在遥远处的粒子2的精确动量。这意味着有两个可能结论：
1、存在着即时的超距作用，在测量粒子1的同时干扰了粒子2的动量；
2、本来就有精确值，只是量子力学不完备。
爱因斯坦对问题的叙述逻辑极为严格，先给出了物理完备性的定义，接着使用了两个大家已经达成共识的假设，又用颇为具体的实力佐证。整个过程严丝合缝，简洁明了。根本没有用到复杂的数学式子，只用了量子力学最基本的波函数定义，却推导出了令整个物理界为之震惊的EPR关联。谁能想到整个问题的解决却花了将近半个世纪？
3、问题的思考
一个看似简单问题，却存在着佯缪，物理学就是这麽的奇妙。在爱因斯坦与波尔争论陷入了僵持之后，物理学界百家争鸣在此后约有20几年关于EPR的问题一直处于一个停滞不前的阶段。隐变量理论的出现似乎使得爱因斯坦要获得胜利，但是贝尔不等式给这个问题一个终结的判据。对EPR实验的验证，Aspect在1981年完成了迄今为止有关EPR问题最有利的实验。实验的结果却是与量子学符合极好。到此为止，EPR问题终于盖棺定论，局域隐变量不存在。量子理论大获全胜。
EPR对这种两个粒子之间的非定域关联称做“纠缠”。通过粒子之间的关联可以完成量子传输。量子传输是一种全新通信方式,利用量子纠缠技术,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,是未来量子通信网络的核心要素。
EPR佯缪的提出，是爱因斯坦除了1905年那五篇震惊世界论文之外的又一贡献，它不仅引发了量子力学基础问题的再思考，还引发了如今热门的学科：量子信息。爱因斯坦不愧为物理学大师。
参考文献：
量子通信论文范文第8篇
关键词量子信息，量子纠缠，量子通信，量子计算??? ?? ?
1 引 言?
上世纪80年代，正当电子计算机按每18个月运行速度翻一番的摩尔定律而蓬勃发展之际，物理学家就杞人忧天地问：摩尔定律是否会终结？他们的研究结论是：摩尔定律必然会失效，而量子计算机可望成为后摩尔时代的新型计算工具.当时信息领域的科学家们对此并不予理会和关注，因为其时摩尔定律正处于辉煌的顶盛时期.然而，物理学家们仍然孜孜不倦地努力，终于诞生了量子信息这门新兴交叉学科.?
1994年,shor提出量子并行算法［1］，并证明可用来实现大数因子分解，从而轻易地攻破目前广泛使用的rsa公开密码体系，这门新兴学科的巨大威力震惊了整个国际学术界，并引起政界、军界和商界的极大关注，从此量子信息科学便迎来迅猛发展的新时期，迄今方兴未艾！?
我们在上世纪90年代量子信息刚刚在国际上悄然兴起之际就投入到这个新兴领域的研究行列之中，并于1997年和1998年先后在《phys.rev.lett.》上提出“量子避错编码原理”和“量子概率克隆原理”，引起国际学术界的高度重视.1999年，中国科学院开始在我校创建国内第一个从事量子信息研究的量子信息重点实验室，这个极富有前瞻性的战略部署开辟了我校量子信息研究的新局面.在此之前，自我回国归来所组建的研究小组只有一台电脑，我们坐着冷板凳，默默耕耘了15年之久.2001年作为首席科学家单位，我校承担了科技部“国家重点基础研究发展计划”项目（“973”项目）：“量子通信与量子信息技术”，这个由国内17个单位50多位学术骨干组成的研究团队不仅取得一系列重要成果，而且培养出许多杰出的年青学术骨干，在其后国家重点基础研究计划“量子调控”的实施中由此研究团队衍生出5位首席科学家.?
本世纪初，我校以中国科学院百人计划从奥地利引进杰出的年青学术带头人潘建伟博士，他随后在“合肥微尺度国家实验室”建立“量子物理与信息”研究组，并在多光子纠缠方面不断地做出国际领先水平的成果.该研究组与中国科学院量子信息重点实验室共同推进了我国量子信息学科的发展，也成为我校物理学科色鲜明成果丰硕的新成长点.本文将简要介绍我校在量子信息领域中已取得的主要研究成果.?
?2 首个量子信息领域的国家奖??
2．1 提出能有效抑制环境噪声的量子避错编码原理［2］?
量子相干性在环境作用下会不可避免地消失，这种消相干效应是量子计算机和量子信息系统实际应用的主要障碍.量子编码是有效克服消相干的有效途径.国际学术界提出基于独立消相干的量子纠错编码.我们发现在集体消相干过程中存在有不会发生消相干的“相干保持态”（又称“无消相干子空间”，dfs），并基于此发现提出量子避错编码原理，成为迄今三种不同原理的量子编码之一.美国著名的los alamos和nist实验室的三个研究组分别在光子、离子和原子核体系中证实了这个编码的正确性，三个实验均发表在《science》上［3］，我们的论文作为原始性工作被引用.??
2．2 提出能有效提取量子信息的概率克隆原理［4］?
量子不可克隆定理为量子信息提取设置了不可逾越的障碍，于是学术界提出不精确克隆的量子普适克隆原理，其克隆效率为1，但保真度总是小于1.我们提出概率量子克隆原理，可以某种概率精确克隆量子信息，即克隆效率总小于1，但保真度为1.国际学术界称之为“段-郭量子克隆机”，最大克隆效率称为“段-郭界限”.我们还在实验上研制成功这两类量子克隆机，验证了理论预言的正确性［5］，被国际学术界誉为“本领域最激动人心的最新进展之一”［6］.??
2．3 提出能有效抑制腔损耗影响的腔量子电动力学（qed）量子处理器新方案［7］?
腔qed是种理想的量子处理器，但腔的损耗引起量子信息的泄漏阻碍其实际运行，为此要求腔的q值要很高，现有的技术难以达到.我们提出一种能抑制腔损耗影响的新方案，并证明现有技术可以实现.法国巴黎高师的著名学者、法兰西院士haroche研究组很快在实验上证实这个方案的正确性［8］.我们的论文成为该研究方向后续工作必引用原始的论文，迄今已被sci他引260余次.?
2003年上述成果以“量子信息技术的基础研究”为题目荣获了国家自然科学二等奖.?
3 量子密码?
3．1 实现从北京到天津125km商用光纤的量子密钥分配［9］?
量子密码是量子信息领域中最可能得到实际应用的技术.美国人将“量子加密”称为“改变人类未来”的新技术.量子密码原理已在实验室内演示成功.目前国际学术界正在研究走向实用进程中的关键科学和技术问题.光纤量子密钥分配研究中最关键的问题是：现在广泛研制的不等臂mz干涉仪虽然安全但稳定性很差，无法在商用光纤上运行，而改进后的返回式光学系统虽然解决了稳定性问题，但其安全性却出现了漏洞.我们解决了这个稳定性和安全性统一的难题.在实验上研究了光纤系统不稳定性的物理根源，在理论上给出稳定性条件，进而设计出满足稳定性条件的迈克逊-法拉第干涉仪，在实验室内实现150km的量子密钥分配，在北京与天津之间的125km商用光纤上实现了量子密钥分配和加密图像传送.这是迄今国际上报道的最远距离实用光纤量子密钥分配.
3．2 局域量子保密通信网在北京测试成功?
我们利用自己发明的量子网络路由器和单向传输、抗干扰的f-m量子密钥分配系统，于2007年3月份在北京完成了国际上第一个多（4个）节点、无中转、可同时、任意互通的量子保密通信网的测试性运行，取得了很好的通信效果.这次测试是在中国网通公司的商用通信光纤线路上实现的，节点间距离分别为43，32，40，32km，对应的误码率码率分别为7.7%,4.1%,6.6%,2.4%.测试显示，系统在没有人为干预的条件下，可以长期稳定运行.
3．3 无共享参考系的量子通信的实验实现［10］?
在1km的光纤中,利用偏振和时间两个模式均有纠缠的光子对实验，实现了bb84量子密钥传输的一种更抗干扰的改良方案.该量子密码不受光纤扭曲、旋转或者光纤本身缺陷的影响，通信双方也不需要精确的同步时间，从而大大降低了通信的复杂度.无论外部环境如何变化，光纤通信双方总有办法取得需要的密码.此外，我们还给出了量子通信方案的绝对安全的理论论证，避免了现有光纤量子通信的安全患.《phys. rev. lett.》审稿人认为，该成果是“非常出色的”，“具有特殊的价值”.?
4 量子纠缠源的制备和操控?
量子纠缠是量子信息领域中最重要的资源.当两个或多个粒子处于纠缠态时，对其中的一个粒子进行操作，其他的纠缠粒子不管位于何处，其量子态会立即发生相应的变化.因此，彼此纠缠的粒子之间便由这种基于量子非局域性的内禀通道构成一个量子网络，它可以实现量子通信（即传送量子信息），也可以实施分布式的量子计算.自从量子信息作为新兴学科诞生以来，量子纠缠便成为国际学术界研究的焦点.我校研制成功高亮度的光子纠缠源：连续纠缠光子源，每秒12.8对，对比度为95%；脉冲纠缠光子源，每秒1.4万对,对比度87%,在国际上处于领先水平.??
4．1 量子信息传输的奇特现象?
两个纠缠的光子构成一条量子通道，通过对各个光子的操作，可实现许多新奇的信息传输功能.1997年，在实验上实现了所谓“量子隐形传态”，即将未知量子信息传送到远处的纠缠光子上而原先携带该量子信息的物理载体却留在原处不被传送.我们进一步研究了量子信息传输的许多有趣现象：（1）在实验上实现了单光子量子态的远程操纵，即局域地操作其中一个纠缠光子，可将远处的另一个纠缠光子制备在任意态上［11］；（2）局域地对一个纠缠光子实施任意相位旋转操作，可将这个操作传送到远处，旋加在另一个光子态上［12］；（3）在实验上演示了当纠缠通道被损坏时，可通过单光子局域操作来实现纠缠纯化，而不必通过非局域的操作［13］.?
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4．2 多光子物理学的研究进展［14］?
多光子量子态具有许多重要性质，例如n个光子态的干涉所呈现的德布罗意波长减少到1/n，这可使相位测量达到海森伯极限的精度，用于光学刻蚀，其精度可提高到1/n.光子数越来越多的量子态，蕴含着越丰富的量子现象，但制备也更为困难.我们在理论上提出一种所谓“noon态投影测量方法”，可用来制备和识别多光子量子态，在实验上演示了四光子和六光子德布罗意波长，并将著名的两光子洪-区-曼德尔（hong-qu-mandel）干涉推广到多光子场合，在实验上证实了这种方法是多光子物理中重要而有效的实验方法.?
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4．3 五光子纠缠态的实验实现［15］?
首次在实验上实现了五光子纠缠态，并演示利用这个纠缠态可实现终端开放的量子隐形传态，即未知量子态被隐形传到终端的三个光子纠缠态上，然而按照三个粒子的合作可被制备在其中任一个粒子上.利用这个五光子纠缠态，在实验上还演示了量子纠缠浓缩和纠缠交换，为量子中继的实现研究迈开重要一步.??
4．4 六光子图态纠缠的实验实现［16］?
该工作通过对多光子操纵技术的进一步发展，从实验上实现了基于光子比特“焊接”技术的量子计算机测试平台，成功地制备出国际上纠缠光子数量多的薛定谔猫态和可以直接用于量子计算的簇态.该项成果以封面标题形式发表在2007年2月1日出版的英国《nature》杂志子刊《nature physics》上，审稿人评价其是“光学量子计算领域至今最先进实验工作”和“一个出色的成就，为量子计算、量子纠错和量子力学基本问题的研究铺平了道路”.欧洲物理学会称赞该工作“为量子计算机的物理实现迈进了重要一步”. ?
5 量子隐形传态的研究进展?
5．1 两个量子位复合系统量子量子态隐形传输的实验实现［17］?
在国际上首次成功地实现了复合系统量子态隐形传输，首次成功地实现了六光子纠缠态的操纵，这为实用化的量子信息研究开创了新起点.对于容错量子计算、量子中继、普适量子纠错等重要研究方向具有极其深远的影响，《nature》网站专门了“press releases”,并在《nature》杂志“研究亮点”栏目中对该工作进行专门报导，称赞该实验成果是在“在大尺度量子通信研究中取得长足进展”.该工作入选“2006年度中国十大科技进展新闻”.?
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5．2 利用光子和原子量子比特的内嵌存储的量子隐形传输的实验实现［18］?
内嵌存储的量子比特隐形传输是实现大尺度量子通信以及基于测量的量子计算的关键.尽管量子态的隐形传输以及量子比特的存储已经在原则上被证明，然而实现内嵌存储的量子比特的隐形传态在实验上仍旧很困难.?
首次通过将光量子比特的态隐形传输至原子的比特上，从实验上实现了内嵌存储的量子比特隐形传输，在实验中，一个未知的极化光子态通过7m的距离隐形传输至一个原子比特，并成功地存储了8μs，该原子态可以被转换成光量子态,以用于进一步的量子信息处理.从光子态到原子态的隐形传输并且内嵌了可读存储的实现，使得有效的、可升级的量子网络有望在不久的将来被实现.?
6 量子信息处理器的研究进展?
量子计算的最终实现取决于能否研制成功物理上可扩展的量子信息处理器,用它来有效地存储和处理量子信息.目前的研究水平离此目标还相差甚远,但科学家满怀着坚定信心正在向着这个目标步步逼进.我们在基于固态物理、量子光学和核磁共振量子计算物理实现的基础研究方面取得一系列理论和实验的重要进展.?
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6．1 在理论上提出一种基于腔qed的新型量子信息处理器方案［19］?
通过对腔的泄漏光子进行单光子探测，来实现不同腔中原子之间的纠缠，该方案具有制备效率高、抗噪能力强、易于寻址等优点.《phys.rev.lett.》的审稿人赞道：“在寻求随心所欲的产生量子态的方案中，这可能是一篇里程碑的文章”.另外，利用高q腔单个原子与腔外部单个原子的相互作用，设计了一种可行性很强的基于光子的量子计算方案，它以原子作为中介来实现光子与光子之间的受控相位门操作，该方案按目前的技术水平和抗噪能力是可以实现的，学术界对此予以很高评价.?
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6．2 提出固态容错量子计算新方案［20］?
固态量子计算被国际学术界认为是最有希望研究成功的途径之一，固态中量子比特之间的固有耦合是其易于扩展集成的优势根源，但在量子计算过程中往往要求断开量子比特间的这种固有耦合，这是固态量子计算遇到的新难题.我们提出“无相互作用子空间（ifs）”的新概念，利用编码方法可以实现逻辑比特之间的消耦合，同时证实，在实际固态模型中实施逻辑比特的任意操作和受控操作是可行的.进一步，将学术界业已认可的无消相干子空间（dfs）与ifs相结合，提出固态容错量子计算新方案，并在实际的固态模型中证明了其可行性.这开辟了固态量子计算的新研究方向.?
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6．3 实验上实现量子受控非门的隐形传送［21］?
基于量子光学系统的量子计算物理实现是另一种有希望途径，其优点是量子相干性好.但这类方案的不足之处是物理可扩展性差.分布量子计算方案是克服这个缺点的有效方法，即以只含少数量子比特的系统作为节点，采用纠缠通道将这些节点连成量子网络，便可实现量子计算.该方案的可行性取决于在相距甚远的节点之间能否实现两比特的量子受控门操作这一关键问题.特别是，在光子与节点量子比特之间非强耦合的条件下能否实现确定性的受控非门操作更是至关重要的问题.我们运用纠缠光子对在实验上将某个节点的两比特受控门操作经由纠缠量子通道隐形传送到远处的另一个节点上，实现了两个节点之间的确定性受控门操作，这个操作的平均保真度达到0.84.《phys.rev.lett.》的审稿人认为“这是向分布量子计算的实现迈出的重要一步”.
6．4 实验上实现独立光子间的量子逻辑门［22］?
光子之间的相互作用非常微弱，在实验上要实现两个独立光子之间的受控非门操作是相当困难的.利用五光子纠缠技术，首次实现了非破坏性可升级的独立光子之间的量子逻辑门，这是线性光学量子计算研究中最基本和重要的一步.作为这种量子逻辑门的一个重要应用例子，还进一步在实验上用它来实现完全的量子隐形传态.??
6．5 混合态量子几何相的实验研究［23］?
几何相是量子理论的重要概念，但什么是量子混态的几何相却尚未搞清楚.我们利用核磁共振（nmr）实验技术完成具备不同噪声的量子混态的制备，观测到了任意量子态的几何相.该工作受到国际学术界的高度关注.?
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6．6 利用光子比特实现shor量子分解算法［24］?
我们在国际上首次用光子比特设计了一套线性光学网络，实验演示了15=3×5这个质数因子分解，并且确认了量子计算中多体纯纠缠的存在，验证了量子加速的根源问题.该工作获得了国际学术界的关注和认可.麻省理工学院教授seth lloyd评价该实验是“迈向光学量子计算的必要一步”.美国物理学会以“量子计算的重大突破”为题新闻稿，称赞“这一富有创造性的工作将有助于进一步应用于物理化学建模和超快搜索”.英国科技新闻杂志《new scientist》以《量子计算威胁我们的机密数据》为题对实验做了长篇报道，称“出现能运行shor算法的量子计算机具有极为深远的意义：这意味着未来量子计算机能够轻松地破解我们银行帐号，商业和电子商务数据使用的密码.”此外，美国的《science news》、德国的《innovations report》等其他多家科学期刊和网站也纷纷报道了该工作.?
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6．7 首次证明“量子开关”可被局域识别，为量子信息处理提供了一个实用方法［25］?
此前，物理学家们证明了量子门操作可以被准确地识别，但该方法需要量子纠缠作为基本资源，而量子纠缠在现阶段实验中获取、保存与传输都有很大难度，因此实验实现的难度巨大.?
我们利用幺正变换的基本性质，证明了量子门的识别过程中可以不需要耗费纠缠资源，仅使用局部操作和传统手段就可以完成识别功能，这一成果为量子信息处理过程的量子门操作识别和量子通信信通的识别提供的一个很好的工具.审稿人评价“对我们理解量子操作具有重要贡献”.?
7 量子信息应用研究的进展?
7．1 利用纠缠光子对在实验上检验了kochen-specker理论［26］?
在量子物理学中，隐变量理论一直在挑战着量子力学的完备性.bell不等式在实验上的违背证实了这种隐变量是不存在的，量子力学是完备的.但这个结论仅适合于类空事件的场合.kochen-specker理论更深刻揭示出与环境无关的隐变量（nchv）与量子力学的不相容性，但以往只有两个对nchv进行统计性检验的实验.我们完成了一个“全有或全无”类型的对nchv的非统计性的实验检验，实验结果有力地说明了量子力学的正确性.?
7．2 首次利用核磁共振实现了量子博弈实验［27］?
实验上验证了在量子博弈中，如果两个参与人都选择了量子策略，他们将获得双赢的结果，而在经典博弈中，任何一个理性的参与人都不可能获胜.这个有趣的研究成果，在国际学术媒体中引起广泛的兴趣，美国和英国物理学会发表了许多报道和评价.?
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7．3 实验上实现高精度量子相位测量［28］?
应用双模光子数态和自己独创的多光子投影测量方法，实验测得的相位精度超过相应的标准量子极限.该方法最有希望逼近海森伯极限.著名的美国物理学科网站以《测量精度冲破了标准量子极限》为题做了专文报道.?
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7．4 实验上研制成功“量子机”［29］?
这是宏观上展示量子力学反常行为的奇妙机器，其功能可抑制“庄家”的欺骗，在未来的量子信息产业中可能成为一种必备的商用机器.该文章发表后，《nature》在其“研究亮点”栏目专文中作了报导，美国物理学科网站也以《物理学家建立量子机》为题予以长篇报道.
8 结束语?
量子信息技术已经成为各国战略竞争的焦点之一，我们有幸在起跑线上加入到这场关系到国家重大利益的竞争之中，就必须义无反顾地担负起这份历史责任，在这个新兴领域中为我国争得重要的一席之地.面对着这个巨大的挑战和难得的机遇，我们将以量子通信网络和量子计算机为研究目标，艰苦奋斗，永不放弃.雄关漫道真如铁，无限风光在险峰！?
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参考文献?
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量子通信论文范文第9篇
这项计划将由谷歌的量子人工智能（Quantum Artificial Intelligence）研究小组来实施。谷歌在博客中透露，美国加州大学圣巴巴拉分校的一个研究小组也加入了这项计划。
谷歌去年的研发开支达到80亿美元。为了在互联网搜索和在线广告等市场保持领先地位，谷歌目前正在开发一些新的计算机技术。在科技行业中的一些人看来，量子技术是计算机进行海量数据分析的一种革命性方式。这种新技术对谷歌的主要业务尤其有帮助，对它的新项目――如联网设备和联网汽车――也是有用的。
“在一个硬件研发团队的协助下，量子人工智能研究小组现在能够落实新的设计并测试新的产品。”谷歌在博客中写道。
在整理和分析海量数据方面，量子计算机将具有比传统计算机更快的解决速度。谷歌量子人工智能小组成员马苏德・莫森（Masoud Mohseni）曾经与人合作撰写过具有领先学术水平的量子技术论文。谷歌也一直被视为这一新技术革命的领导力量之一。
此外，谷歌的竞争对手微软也在进军这个新领域，并建立了一个名为“量子架构和计算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小组。
探秘量子计算机
量子计算机，早先由理查德・费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德・费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。
从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。
从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态（如传统的计算机一样），也可以是叠加态（几种不同状态的几率叠加），对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。
量子计算机或不再遥远
据外媒报道，美国普林斯顿大学研究人员近日设计出一种装置，可以让光子遵循实物粒子的运动规律。现存的计算机是基于经典力学研发而成的，在解释量子力学方面有很大局限性。量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。
研究人员制作出一种超导体，里面有1000亿个原子，在聚集起来之后，众多原子如同一个大的“人工原子”。科学家把“人工原子”放在载有光子的超导电线上，结果显示，光子在“人工原子”的影响下改变了原有的运动轨迹，开始呈现实物粒子的性质。例如，在正常情况下，光子之间是互不干涉的，但是在这一装置里，光子开始相互影响，呈现出液体和固体粒子的运动特性，光子的这种运动“前所未有”。
现存的计算机是基于经典力学研发而成的，在解释量子力学方面有很大局限性。量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。研究人员称，在改变光子的运动规律之后，量子计算机的发明也许不再遥远。
就我国量子计算机而言，相关研究也一直处于世界领先水平。早在2013年12月30日，美国物理学会《物理》杂志就公布了2013年度国际物理学领域的十一项重大进展，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、马雄峰和陈腾云等“利用测量器件无关量子密钥分发解决量子黑客隐患”的研究成果位列其中。
《物理》杂志以“量子胜利的一年――但还没有量子计算机”为题报道了中国科学家成功解决量子黑客隐患这一重要成果。
尽管量子计算机仍然是遥远的未来，但2013年科学家们却报道了一系列量子信息和量子通信领域的胜利。在量子密码方面，两个独立的研究组报道了一种新的加密手段，可以提供绝对的安全性，以解决量子黑客隐患。
潘建伟等解决量子黑客隐患的研究成果发表在2013年9月24日出版的国际权威物理学期刊《物理评论快报》上，得到了包括美国《科学》杂志、美国物理学会《物理》杂志和英国著名新闻刊物《经济学人》在内的多家欧美科技新闻媒体的专题报道。
量子通信论文范文第10篇
志存高远 成名海外
刘克1973年出生在吉林省长春市，1996年7月于南京理工大学电子工程与光电技术学院获电子工程学士学位，并获得优秀毕业生称号。同年，他考入吉林大学电子工程系，师从衣茂斌教授，开展应用于半导体激光高速电光采样仪的单片微波集成宽带360°模拟移相器的研制。其如何平衡移相器插入损耗和拓展频带宽度的研究成果分别发表在《电子与信息学报》和《微波学报》等期刊上。1999年7月，他获得电路与系统理学硕士学位。从2002年开始，他在香港城市大学电子工程系师从E.Y.B.Pun讲座教授攻读博士学位及博士后，主攻掺铒玻璃光波导放大器和光通信用稀土掺杂玻璃材料的研究，掌握了光纤通信用高增益掺铒玻璃光波导放大器（EDWA）的关键技术――技术上通过铒镱离子掺杂比的优化以及低损耗光波导制备方法来实现，焦点分别集中于两种新颖且实用的波导制作方法：聚焦的质子束直写和辅助电场退火的离子交换法。此项目是他攻读博士学位期间作为技术骨干与中科院半导体研究所祝宁华研究员合作完成的“863”计划项目，验收的结果认为：该器件能够满足城域网市场对高集成度、高性能和低价格器件的需求，在光通信领域具有很大的经济价值。
2006年1月获得集成光学博士学位后，刘克漂洋过海踏上了美国的土地。他作为美国北卡罗来纳大学夏洛特分校光电子和光通信研究中心的博士后研究员，师从被誉为超晶格之父的著名物理学家朱兆祥（Raphael Tsu）终身教授，开展嵌入半导体CdSe/ZnS核壳量子点的有源光子晶体薄膜材料的研究。
谈到在美国近六年的工作经历，刘克谦虚地介绍：“此项研究属于半导体物理学，半导体量子点激光器一直都是发光器件的热点方向。研究发现，嵌入到由二氧化硅小球（直径约300nm）构成的三维光子晶体的量子点的光致发光峰值临近于布里渊区边界的光子能量时，量子点的光致发光的峰值强度呈现急剧加强的现象。这一成果为量子点光子晶体红/绿光激光器的实现奠定了实验基础。该研究成果发表在Microelectronics Journal期刊上，被Science Direct评为当年7月至9月前15名最热门文章。随后，我担任美国德克萨斯大学达拉斯分校电气工程系副研究员，先后开展了硅基光子晶体器件和基于InP衬底的二维有源光学格型滤波器的研究工作，首次与崔永浩博士合作。我们先做的是基于光子晶体结构的光学调制器和超级透镜，这些微纳器件应用在硅基光子学上比较有优势，目的是制备的器件具有紧凑且集成度高的特点。我们率先实现工作于1.55μm波长突破衍射极限的热光可调硅基二维光子晶体超透镜。2010年2月第4卷NaturePhotonics期刊在Researchhighlightse专栏评价了此项研究成果的创新性。该报道称其新颖，展示了紧凑型热光可调微纳光子晶体超透镜，器件30μm×7μm的平面尺寸具有高度集成的特点，潜在应用于纳米级光学成像系统。而后，我们开展的多量子阱InP光子集成回路的单片有源光学格型滤波器件，解决了由分立的光学器件构成的微波光子滤波器的体积笨重、配置不灵活和高成本的困境，物理上制备了光学模拟信号处理引擎与重构功能的二维有源微波光子格型滤波器芯片。此项研究为实现大规模增益调节的传输函数重构型光子集成滤波器提供了理论和实验基础。总体而言，在美国做的这些科研工作，不敢说对光子集成领域产生了什么重要影响，只是为后来的科研工作者对微纳集成器件方向提供了一些新的思路和新的方法。”鼓励科技体系创新
当刘克谈到自己的两位导师时，他总是怀着崇敬之情，觉得自己的成就离不开导师的言传身教，导师也为他今后的科研和教学工作提供了参考和范本。他表示，这两位导师从学问上来说都是很知名的专家学者。他们给我的感觉有两个方面：一是知识面比较广；二是善于教学。导师在这个领域的研究时间非常长，知识面宽，思维敏锐，往往从一个非正常实验现象就能看出内在的端倪。我觉得自己的知识面还是不够广，在面对研究的一个难解的实验现象时，有时候想不出是因为什么原因，但导师们给我的提示和引导让我有了恍然大悟的感觉。有时候，实验的过程中遇到瓶颈或困难了，他们会为我指明方向。我现在也做教授了，也在想怎么才能让自己和学生把科研做好、做得有兴趣。有些未知问题我希望自己要先想一想弄一弄，然后看看能给学生什么提示和启发，让他们少一些迷惑或者少走弯路。
2011年，刘克被选为北京市第六批海外人才聚集工程（海聚工程）项目入选者。同年10月，刘克从美国德克萨斯州返回中国，并在北京工业大学电子信息与控制工程学院光电子技术省部共建教育部重点实验室任教。
谈到回国任教的经历，刘克坦言，尽管国内外科研环境有很大的不同，但是国内的科研和工作机会比国外多，机会总是给那些有准备的人。他举例说：“对于我们这些做科研创新的群体来说，我体会到近十年中国的经济高速发展，同时科研投入也巨大，直接产生了许多有影响的科研成果。就发表文章而言，1996年我攻读硕士的时候发表一篇SCI论文还是很困难的，现在看觉得不算什么了。国家对创新投入很大，科研设备和科研环境都比十多年前好很多，产出的有意义的成果比以前更多。我觉得国内各方面的机会可能会更大一些。美国的科研项目申请竞争也很激烈，有个好的想法不一定能及时得到资助。我觉得当前国家的科研创新氛围比较好，相对比较容易拿到项目资助。”作为一名海归，刘克将自己在国外的科研经验传播到国内来。他鼓励其他老师多做学术交流，多作学术报告，不要埋头做自己的事情，因为，个人能力有限。对此，刘克说：“我只能以身作则，影响周围的同事和朋友。”党的十报告中提出的深化科技体制改革，完善知识创新体系，完善科技创新评价标准等内容，让刘克备受鼓舞。“我希望党的十会议精神能落实到培养学生全面发展中去，也希望自己能在科研上有更多的创新。”2012年3月，刘克荣获北京市特聘专家称号，同年12月当选为中关村青年联合会第一届委员。目前，他担任国家科技奖励评审和北京市留学人员科技活动择优资助评审专家。
刘克自任职北京工业大学电子信息与控制工程学院教授以来，初步组建了光子集成科研与实验平台，依此基础开展了多量子阱InP基有源/无源光电子集成器件如InP基电光开关及阵列、L波段InP基可调谐激光器等方向的研究。光开关及其阵列是实现光传输路径变换的关键器件之一，被广泛应用于光链路层的路由/波长选择、光交叉连接器、光分插复用器以及片上光互连等方面。新一代器件的特征是它们在光域性能的提高和多功能的集成。近几年，随着低成本和高性能光芯片的需求，基于光子集成回路（PhotonicIntegrated Circuits，PIC）的单片光器件逐渐得到业界的广泛关注。目前InP基量子阱材料适合于1.3μm和1.55μm波长光纤通信，是唯一在此通信窗口具有光产生、光放大和光探测能力的半导体材料。InP基光子学已经成为光通信产业中最关键的技术之一，特别是目前光通信所需要的光源，InP基半导体激光器几乎是唯一的选择。美国硅谷的Infinera公司是倡导InP基大规模光子集成回路的代表，目前开发出业界领先的10个通道且每通道100Gb/s的传输速率，总共处理1Tb/s容量的单一光子集成芯片。鉴于我国在这方面的研究相对薄弱，因此，开展InP基光子学的研究具有重要的现实意义。