量子是现代物理的重要概念,与经典物理有根本的区别,提供了全新的原理和思考方式。量子具有不确定性和不可测量性,量子的世界不遵循经典物理学定律,因此人们对量子世界的探索存在很多困难。

        目前量子通信主要方式是量子密码通信。量子密码或量子密钥分配是利用了观测一般会干扰被观测系统的量子力学原理来实现的。量子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和破解,进而实现根本上、永久性解决信息安全问题的目标。

那么如果我们利用量子纠缠的原理来进行远端通信会如何呢?

量子隐形传态需建立在经典物理信道的基础上才能实现。在研究量子领域早期,人们最感兴趣的一个问题是能否利用量子纠缠实现超光速通信,这个问题的答案是否定的,原因在于量子的不可克隆性,仅依靠量子纠缠系统无法传递具体信息,要将原量子态的全部信息提取出来,需分别根据其经典信息和量子信息来构造,因此无法实现瞬间传输。量子隐形传态利用量子纠缠态作为通道,利用量子作为载体, 把信息从一个地方传递到另一个地方。量子隐形传态的任务可以简单地描述为:假设存在一对共享的量子比特为 A、B,利用A、B来传送量子态C。将A、B分别置于系统的两端,现将量子比特A和C作幺正变换,测量后得到两个经典量子比特的信息,在这个过程中两个量子比特被破坏。量子比特B现在包含了关于C的信息,但观测者仍无法得到C的任何信息,量子比特B处于四个任意的量子态之一。现在需通过经典通信通道将A的测量结果发送到B端,根据A的测量结果,对B作相应的幺正变换, 此时量子比特B的状态变为C,实现了量子态的传送。

那么现在的主要问题就是如何找到成对的已经成为纠缠形态的量子呢?

1993年,Bennett等来自四个国家的六位科学家演示了第一种量子隐形传态方案。方案的工作原理如下:量子纠缠源产生一个EPR对,Alice和Bob各拥有其中的一个,记为粒子B1和B2。现在Alice和Bob在不同的地方,Alice要向Bob发送一个量子比特,记为A,设A的量子态为|ψ>=α|0>+β|1>,而Alice并不知道A的具体状态。首先Alice让A和B1相互作用,然后测量她的两个量子比特,得到四个可能结果00,01,10和11中的一个。接着她通过经典信道把测量结果告诉Bob。根据Alice的测量结果,Bob对B2进行适当的操作,即可得到状态|ψ>。而Alice所拥有的A的状态因为测量塌缩为|0>或|1>状态。

目前,量子通信尚处于试验研究阶段,还存在许多理论和技术问题。但是,量子通信已经取得了一些令人鼓舞的进展,并展现出非常诱人的前景。此外,对量子纠缠态、非定域性理论的研究不但对物理学的发展起到了推动作用,并且也将被应用于其它领域。例如,量子通信导致了第六代光纤通信系统——量子光纤通信时代的到来,量子博弈问题的提出和解决等等。

“其实我很期待量子通讯时代的到来,也许到了那时,网络带宽是以EB来计算,回头展望现在,会不会像我们回想1G时代一样呢”

参考文献  (1) 石名俊 《量子纠缠现象研究 》 中国科学技术大学 – 2000 (2) 仇亮 《量子纠缠特性和应用研究》中国科学技术大学 2009  (3) 舒娜 石际 《数学技术与应用》2012年第10期 《量子纠缠技术与量子通信》 (4) 李同山 王善斌 《量子纠缠与超光速量子通信》 山东理工大学学报(自然科学版)  2006年3月 第20卷第2期 89~92  (5)许娟  《量子通信的基本原理和研究进展》 东南大学 计算机科学与工程学院,南京  210096  698~702

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