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什么是量子通讯

时间:2018-01-24

所谓量子通信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,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。

光量子通信主要基于量子纠缠态的理论,使用量子隐形传态(传输)的方式实现信息传递。根据实验验证,具有纠缠态的两个粒子无论相距多远,只要一个发生变化,另外一个也会瞬间发生变化,利用这个特性实现光量子通信的过程如下:事先构建一对具有纠缠态的粒子,将两个粒子分别放在通信双方,将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量(一种操作),则接收方的粒子瞬间发生坍塌(变化),坍塌(变化)为某种状态,这个状态与发送方的粒子坍塌(变化)后的状态是对称的,然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方,接收放根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换(相当于逆转变换),即可得到与发送方完全相同的未知量子态。

量子纠缠态理论量子纠缠态理论

经典通信较光量子通信相比,其安全性和高效性都无法与之相提并论。安全性-量子通信绝不会“泄密”,其一体现在量子加密的密钥是随机的,即使被窃取者截获,也无法得到正确的密钥,因此无法破解信息;其二,分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子,其中一个粒子的量子态发生变化,另外一方的量子态就会随之立刻变化,并且根据量子理论,宏观的任何观察和干扰,都会立刻改变量子态,引起其坍塌,因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏,并非原有信息。高效,被传输的未知量子态在被测量之前会处于纠缠态,即同时代表多个状态,例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字, 7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字:0~127。光量子通信的这样一次传输,就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果传输带宽是64位或者更高,那么效率之差将是惊人的2,以及更高。

这里进一步解释一下量子纠缠。量子纠缠可以用“薛定谔猫”来帮助理解:当把一只猫放到一个放有毒物的盒子中,然后将盒子盖上,过了一会问这个猫现在是死了,还是活着呢?量子物理学的答案是:它既是死的也是活的。有人会说,打开盒子看一下不就知道了,是的,打开盒子猫是死是活确实就会知道,但是按量子物理的解释:这种死或者活着的状态是人为观察的结果,也就是人的宏观干扰使得猫变成了死的或者活的了,并不是盒子盖着时的真实状态,同样,微观粒子在不被“干扰”之前就一直处于“死”和“活”两种状态的叠加,也可以说是它既是“0”也是“1”。