论文总字数：12624字

摘 要

量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式，是以量子态作为信息载体的一种先进的通信手段。量子通信的信息载体是量子态，其运动，传输及相互作用要遵守量子力学原理。这是一个具有巨大市场潜力的研究领域，许多技术尚处于实验阶段，本文目的是浅谈量子通信，对其做义工初步的研究和了解。

关键词： 量子纠缠； 密钥； 发展前景；

窗体底端

Preliminary exploration of quantum communication

Abstract

Quantum communication is the use of quantum entanglement effect transmission of information of a new type of communication,quantum state as an information carrier is an advanced means of communication.That is the information carrier of quantum communication is quantum state,its movement,transmission and interaction to comply with the principles of quantum state,its movement,transmission and interaction to comply with the principle of quantum mechanics. This is a research area with a huge market potential,a lot of technology is still in the experimental stage,the purpose of this paper is of quantum communication,its done a preliminary study and understand.

Keys: Quantum entanglement; Key; Prospects;

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题研究背景和目的 1

1.2 研究内容 1

1.3 研究方法 1

第二章 初识量子通信技术 2

2.1概述 2

2.2量子通信的基本概念 2

2.3量子通信的工作原理 3

2.4 量子密钥分发 4

2.4.1 BB84协议 4

2.4.2 B92协议 5

2.5量子通信的特点与优势 5

2.5.1 量子通信克服了现行光通信的局限性 5

2.5.2 量子通信安全保密性能极好 5

2.5.3量子通信可应用于深海通信 6

2.5.4 量子通信可应用于构建超光速信息网络 6

2.5.5 量子通信可实现超光速通信 6

2.5.6 量子通信可用于宇宙中的超长距离通信 6

2.6 世界量子通信技术发展概况以及我国在量子通信领域取得的实验成果 6

2.7量子通信技术的发展展望 9

2.7.1量子技术在工业领域中的应用 9

2.7.2 量子技术在农牧业领域中的应用 10

2.7.3 量子通信的发展美好前景 11

致 谢 12

参考文献 13

第一章 引 言

1.1 课题研究背景和目的

随着通信科学技术的发展，人们利用手机等通信工具实现了远古时期神话故事中“顺风耳”，“千里眼”的幻想。但经典通信技术在保密和信号延迟等方面的缺点让人们开始探索更为完善的通信方式，这就是本论文要讨论的量子通信这一新型通信技术。本课题是一个在通信领域带有前沿性的研究课题，量子通信是基于量子的“量子纠缠”特性的实际运用。可以预见未来人类有望通过量子通信来打保密电话而不担心被窃听；朋友之间的日常信息交流有望使用超高速量子计算机通过量子通信网络方式来收发电子邮件。我们可以这样设想：一个由链状纠缠的量子环绕整个地球形成的“量子通信网络”，它可以安全地共享由“量子纠缠”自然形成的“加密密码”，能够防止窃听。然而当前使用电磁波的通信方式，容易被窃听以及遭受黑客攻击，使“网络安全问题”成为国际上一个令人头痛的问题。当“量子通信网络”实现以后，网络窃听和黑客攻击问题等均可避免；本课题结合当今时代背景，尝试初步了解量子通信这一课题。

1.2 研究内容

本论文将从基本概念着手，初步探讨量子通信的关键技术比如：量子纠缠，密钥等等。通过这些基本原理的阐述来初步了解量子通信技术。同时结合实践比如一些国内外的实验成果，了解量子通信如今在世界范围内的发展概况。由于量子通信是以量子力学为基础，其在信息安全、容量和检测精度等方面都远远突破了现有经典通信的极限。所以，量子通信技术在未来发展和应用上具有巨大的潜力。本论文将阐述这一技术未来在实际生活中方方面面的应用。

1.3 研究方法

基于这是一个前沿性课题，许多成果和技术尚在实验阶段。本论文纯理论方式主要以初步浅谈量子通信技术的目的，从概念和发展应用角度来研究量子通信以达到本课题目的。

第二章 初识量子通信技术

2.1概述

量子通信是从具有一定能量hv的光量子组成的光量子流的观点出发来研究光通信的。因此，量子通信是以光量子作为信息载体的一种先进的现代通信技术，因而研究光量子通信应服从量子信息论的规律。光量子作为量子通信技术的信息载体，它的运动方式、传输过程以及相互间作用都必须遵守量子动力学的原理。

2.2量子通信的基本概念

量子通信也被称为是量子光通信，它是利用量子纠缠的特性来进行信息传递的一种新型的通信手段。量子通信以量子力学为基础，它在信息安全、增大信息的容量和提高检测精确度等方面有可能会突破现有的经典通信极限。量子纠缠是指存在于微观世界的同起源的两个粒子之间有相互纠缠的关系，也就是说无论它们距离多远，在某一方变化时，另一方都会感觉到对方的变化，做到“心有灵犀”。在这种物理极限条件下，利用量子通信的规则来实现高效沟通，这也涉及到量子密码通信技术，量子态隐形传输和量子隐形传态的量子技术的通信手段密集编码技术。 量子通信系统的装置包括有量子态的发生器、量子通信通道及量子测量的装置。量子通信技术是集经典的信息论和量子力学理论于一体的新兴的具有前瞻性的学科，根据量子通信技术传递的信息是经典信息还是量子信息把其分为两类，前者用于传输量子密钥，后者则用于传递量子隐形状态以及分发量子纠缠。量子通信与经典通信技术相比，在安全性、计算速度、信息传输的容量、测量的准确度等方面都有了飞跃式的提高。量子通信技术与目前的传统经典通信方式相比而言，其具有更完善的防窃听功能、更大的信道容量、更快的通信速率、更远距离的传输和信息传递高效率等优点。量子通信网络模型具有三个平面分别是：传输、控制以及管理。光传输链路和量子交换模块组成传输平面，其量子传输链路一般包括传输信道和分束器、复用与解复器等设备；控制平面被称为是网络的核心，主要用于实现对网络的各种功能控制；量子通信网络模型中的管理平面起到一个网络管理的功能，它主要用于实施网络性能管理，防窃听通信安全管理以及优化资源配置的作用。

量子通信由光量子态来携带信息。根据量子信息论原理，1个光量子在常温下可携带几十比特的信息，而现在的经典光通信（TOC）系统，折合1个光量子在常温下仅能携带几十分之一比特信息。这就是说量子通信容量比经典光通信提高几个数量级。量子通信的信息安全以量子密码学为基础，它突破了经典通信的加密方法，做到了绝对的防窃听、防复制性和理论上的安全性。任何截获或测试量子密钥的动作都会改变量子状态，因此这种通信技术保证了通信双方之间的绝对安全性。所以说，与经典光通信技术相比，量子通信技术更为可靠。就当前的研究水平来看，破译出光量子所携带的通信信息几乎是不可能的。

2.3量子通信的工作原理

按现有的电磁波通信原理所实现的通信范围一般大部分在地球之内，传输的最大距离也不超过千万千米，因而光速传播的电磁波通信方式是可以接受的。量子通信的信息载体是量子态，它主要利用有“量子纠缠”关系的量子可以远超光速进行远距离传输的工作原理。

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