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摘 要

如今经证明保密信中密钥安全分配的有效手段是量子物理原理的量子密码术。 本文介绍了量子密码的基本原理并且探讨了实现量子密码的3种方案与各自的密钥分配机制。理论和近年来的实验研究进展，对量子密码技术进行了讨论，指出了存在的问题和研究的重点方向。因为会有一个未来的量子加密广泛的应用，所以建议我国的实验研究所也进行量子密码的相关研究。

关键词: 量子密码, 密钥分配, 光纤信道, 光网络, 光通信

Abstract: Guantum cryptography Which is based on fundamental physical principles has been proved tobe an effective technigue for secure key distribution. In this paper the authors introduce the fundamentaltheory of guantum cryptography then discussed the three main schemes for guantum cryptography andtheir key distribution policies respectively. Recent improvements in theory and experiment are discussedand the existng problems and developing directions are also pointed out. For its application potential.It’s suggested to construct experimental system of guantum cryptography in China.

Key words: guantum cryptography, key distribution, fiber channel, optical network, optical communications

目 录

1引言 4

2 量子通信的原理 4

3 量子密码的历史 4

4 量子密码的方案及原理 5

4.1 基于测不准原理的量子密码方案 5

4.2 基于量子相关信道中Bell 原理的Ekert 方案 7

4.3 基于两个非正交量子态性质的Bennett 方案。 8

5 量子密码的安全性 9

6 量子密钥分配对于攻击安全性的研究 9

7 研究量子密码的必要性 10

8 量子密码的现状研究 10

8.1 国外的有关试验 10

8.2 国内的有关实验 11

9 量子密码未来方向及技术展望 11

9.1 寻找量子密码应用的新领域 11

9.2 提高比特传输率 11

9.3 量子密码通信即将获得应用 12

9.4 量子密码技术被认为是绝对安全的加密技术 12

结论 13

参考文献 14

致谢 15

1 引言

如今信息时代和信息科学改变了我们的生活，并且以非常可怕的速度推动了整个社会的发展，这也许是其他领域不能做到的。随着人类社会对信息的需求不断增加，人们不断致力于信息技术，这将不可避免地导致现有信息系统的进一步发展的开发，以限制其功能。但是现在，随着信息高速公路的全面铺开，商业贸易，网络通信等，需警惕非法第三方窃听。随着计算机的飞速发展使得解码手段越来越高明，加密方法越来越高。所以加密的问题一直困扰着人们，因此，人们发现量子密码加密方法。如今越来越多的科学家把注意力转到了量子密码的科研上，这证明了量子密码有着非常广阔的发展市场，这主要是因为量子密码的安全性高，它能保证盗听者只能够获取一小部分信息，并且合法的收发信息双方会立刻检测到盗听者的不法行为。自从量子密码的最早提出到现在，量子密码术如今已取得了非常惊人的成就。近年来，不少国家的大学实验室和科研机构都投入到了量子密码术的相关科研当中。

2 量子通信的原理

如今比特是一个经典的信息的单位，从物理的角度来看，有一个两状态的系统，它可以制备两个可以识别的状态，是或不是，真或假，0或1。量子信息中的信息单元称为量子比特（qubit），它是由两个逻辑态的叠加组成的，其叠加公式为:,,所以，当 或时，经典比特可以看做为特殊的量子比特。

量子态是量子信息表示信息的出发点，信息量子一次，然后量子力学性能一直是量子信息的物理基础，主要有^[1]：

1. 量子纠缠：N（大于1）量子比特可以纠缠态，局部子系统并不是相互独立的，用于测量子系统将得到另一个子系统。
2. 量子不可克隆：禁止任意量子态的精确副本量子力学的线性特性，量子不可克隆定理和不确定性原理构成的量子密码技术的物理基础。
3. 量子叠加性和相干性：量子比特可以叠加在两个操作的本征态，在振幅过程的量子叠加态，这两个可以互相干扰，这就是所谓的量子相干。

随着量子通信的发展，人们为了加强信息的保密性也在量子密码通信上有所发展。在这里，对我们研究的量子密码技术作了简要介绍。

3量子密码的历史

量子密码技术为密匙的分配提供了很好的解决方法。量子通信是量子与物理的组合，这是一门新的学科，1969 年，美国哥伦比亚大学S. J . Wiesner最早提出了量子密码学的思想的。他写了一篇题为“共轭编码”的论文，在本文中提出了量子物理学至少的应用实现，一是人不能伪钞制造物理，另一项就是用量子程序发送一条消息。不幸的是，因为这个想法太离奇，他的文章尚未发表就被拒绝了，直到1983在会议上才得以被发布，后来在这个想法的基础上于1984年IBM的SHBennett 和蒙特利尔大学的G.Brassard提出了量子密码术的概念，并提出了第一个量子密钥分配协议，简称BB84协议。IBM和蒙特利尔大学在1989年，为了在距离为30cm和一个复杂的协议，它实现认证了密钥随机比特串发送和接收单个光子的两端合作。后来英国的英国电信实验室在网上远程30公里纤维单光子，并根据BB84密钥分发相位编码的测试模型构建，采用了波长为1.3μm的，限于技术水平的限制，数据传输速率1kbit/ s，但它已被证实达到20kbit/ s的数据传输速率更大的可行性。除此之外还有为了实现相距14km的密钥交换采用了极化编码和更短的波长。1991年Ekert根据量子缠绕态而提出了一种基于EPR关联光子对的E91协议。Bennett于1992年对于B92量子密码协议又更深一步的提出了。美国洛斯阿拉莫斯实验室用1.3μMMZ干涉仪的两个光学波长，在地下电缆的48公里使用B92方案成功实施了关键性的传输，误码率约为1.2%，而且也使实验在250m长的自由空间成功。2000他们用新的系统性，成功地实现了在大气光路中的涡流中高背景单光子的传输和检测，传输距离为1.6公里。最近，科学家们已经能够使用量子计算机加密加密和传输网络中的计算机进行数字视频图像。科学家们采用了一种非线性晶体每个光子进入混沌粒子。在这些颗粒的物理虽然分开一定的距离，但他们仍然连接。使用这种技术可以在同一幅图像的两个不同的位置看到。这个测试被认为是证明了量子密码可以随着光纤网络联合使用的第一个证据。量子密码依赖于两点：一是基本量子力学效应例如测不准原理贝尔原理，二是量子密钥分配协议。

4 量子密码的方案及原理

随着人们对于量子密码的广泛关注，目前为止，主要有三类量子的实现方案^[2]

1）基于单光子量子信道中测不准原理的Bennett-Brassard-Wiesner BBW 方案。

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