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量子通信原理介绍

时间:2016-07-19 22:57:32来源:原创 作者:admin 点击:

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量子通信最近是一个很热门的话题,全球首颗“量子科学实验卫星”拟于2016年8月中旬在酒泉卫星发射中心择机发射。成功发射,中国将成为全球第一个实现卫星和地面量子通信的国家,所谓量子通信是指量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,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。

   量子通信系统的基本部件量子态发生器、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,后者则于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“”的信息传送。从物理学角度,可以这样来想象隐形传送的过程:先提取原物的信息,然后将这些信息传送到接收地点,接收者依据这些信息,选取与构成原物的基本单元,制造出原物完美的复制品。但是,量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的信息,复制品不是完美的。长期以来,隐形传送不过是一种幻想而已。    <<版权声明:本文由容源电子网(www.dziuu.com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》


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  1993年,6位来自不同国家的科学家,提出了经典与量子相结合的方法实现量子隐形传态的方案: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。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,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。在方案中,纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子力学是非定域的理论,这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实,,量子力学展现出许多反直观的效应。在量子力学中以这样的方式制备两个粒子态,在的关联不能被经典地解释,这样的态称为纠缠态,量子纠缠指的是两个或多个量子系统的非定域非经典的关联。

 

 

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。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。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“”,信息载体的光子本身并不被传输。最近,潘建伟合作者在如何提纯高品质的量子纠缠态的研究中又取得了新突破。进行远距离的量子态隐形传输,往往事先让相距遥远的两地共同拥有最大量子纠缠态。但是,存在各种不可避免的环境噪声,量子纠缠态的品质会随着传送距离的而变得越来越差。,如何提纯高品质的量子纠缠态是目前量子通信研究中的重要课题。

 

近年,国际上许多研究小组都在对这一课题进行研究,并提出了一系列量子纠缠态纯化的理论方案,但是没有一个是能用现有技术实现的。最近潘建伟等人发现了现有技术在实验上是可行的量子纠缠态纯化的理论方案,原则上了目前在远距离量子通信中的根本问题。这项研究成果受到国际科学界的高度评价,被称为“远距离量子通信研究的一个飞跃”。

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