量子通信——量子信息时代到来的前奏

1876年加拿大科学家贝尔发明了电话,使得人类可以利用导体中的电流来传输信息。随后的几十年内电流成为了人类最主要的“有线”通信手段。直到1966年高锟发明了光纤,光纤通信成为了电流以外另一个人类主要的有线通信手段。     

安徽量子通信技术有限公司

<正>量子密钥分发实验系统(BB84)利用量子态的不确定原理、量子态不可克隆原理、量子不可分原理等,将信息编码在单光子的量子态上,可完成量子密钥分发,结合一次一密的加密方式,可实现理论上的无条件安全保密通信。搭建量子密钥分发实验光路学习量子密钥分发BB84协议掌握量子信息编码方法实现量子保密通信全过程开发量子保密通信新的应用小型纠缠源实验系统性能指标波长:810nm。单路计数率:100kps符合计数率:6kps纠缠品质:92%泵浦光功率:0~100mw符合计数器门宽:3ns~10ns应用高亮纠缠光子源高亮单光子源量子成像极化关联曲线实验四种Bell态的制备Bell不等式测量单、双光子干涉实验     

基于量子隐形传态的量子保密通信方案

量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.     

基于软件定义量子通信的自由空间量子通信信道参数自适应调整策略

自由空间量子通信会受到雾霾、沙尘、降雨等自然环境的干扰.为提升环境干扰下量子通信的性能,本文提出了基于软件定义量子通信(software defined quantum communication, SDQC)的自由空间量子通信信道参数自适应调整策略.该策略通过对环境状态实时监测,根据预置在应用层的程序,对量子初始状态及单量子态存在时间等相关参数进行自适应调整,提高自然环境背景干扰下自由空间量子通信系统的保真度.仿真结果表明,在退极化、自发幅度衰变及相位阻尼三种噪声信道参数取值不同时, SDQC系统参数的最佳取值也不同.系统根据环境变化及业务需求,自适应地选择量子初始状态及单量子态存在时间,使量子保真度在通信过程中始终保持在峰值,有效提升了量子通信系统的适应能力及综合免疫力.     

量子保密通信的技术现状及安全性

理论上,量子密钥分发可以带来绝对安全的保密通信.但是真实系统的量子密钥分发的安全性需要进一步证明.现有的基于弱相干态的量子密码实验在光子数分离攻击下是完全不安全的.诱骗信号方案(decoy-state method)及纠缠对分发方案可以实现基于现有技术的、真实系统的绝对安全量子密钥分发.     

量子保密通信的技术现状及安全性

理论上，量子密钥分发可以带来绝对安全的保密通信．但是真实系统的量子密钥分发的安全性需要进一步证明．现有的基于弱相干态的量子密码实验在光子数分离攻击下是完全不安全的．诱骗信号方案（decoy-state method）及纠缠对分发方案可以实现基于现有技术的、真实系统的绝对安全量子密钥分发．     

基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议

基于量子远程通信的原理, 本文借助双模压缩真空态和相干态, 提出一种连续变量量子确定性密钥分配协议. 在利用零差探测法的情况下协议的传输效率达到了100%. 从信息论的角度分析了协议的安全性, 结果表明该协议可以安全传送预先确定的密钥. 在密钥管理中, 量子确定性密钥分配协议具有量子随机性密钥分配协议不可替代的重要地位和作用. 与离散变量量子确定性密钥分配协议相比, 该协议分发密钥的速率和效率更高, 又协议中用到的连续变量量子态易于产生和操控、适于远距离传输, 因此该协议更具有实际意义.     

中科大量子通信研究态势良好

由中国科大中科院量子信息重点实验室承担的“量子通信关键技术的研究”项目，日前通过由中科院高技术研究与发展局组织的中期评估．由刘颂豪院士等六位评审专家组成的评审组认为，项目研究人员实现了预期科研目标，取得了一系列突破性进展．     

当代计量学的现状和发展②——20世纪的度量衡,21世纪的量子计量学

介绍了新中国成立以来我国计量科学技术的发展和新取得的成就，并对21世纪的量子计量学作了展望和阐述。     

新的研究领域——红外同步辐射科学

 一、红外同步辐射发展概况同步辐射是一个高亮度光源,它覆盖了从微波至硬X-射线宽广的连续谱。以往人们把注意力集中在紫外至X-光波段的开发和利用,因为这个波段为物理学,化学,生物学,医学,材料科学等研究领域提供了大量的实验数据。然而,同步辐射在长波段,即从红外至毫米波的开发和利用的历史却比高能波段短得多。     

基于纠缠态的量子通信网络的量子信道建立速率模型

针对基于纠缠态的量子通信网络, 提出了网络模型. 基于网络模型, 首先分析了基础链路的量子信道建立速率. 然后根据基础链路的量子信道建立速率, 针对不同的量子信道建立方法, 对中继长链路上的量子信道建立速率进行分析, 得到在逐点方法和分段方法下所对应的量子信道建立速率. 最后, 利用逾渗模型, 对大规模纠缠态量子通信网络中任意两点间的量子信道建立速率进行分析, 推导出n个节点量子通信网络中, 量子信道建立速率为Ω (1/n).     

红外波段单光子探测器及其在量子通信领域中的应用

本文简要介绍了红外波段单光子探测器的种类，分析了InGaAs／InP雪崩光电二极管（InGaAs／InPAPD）与超快超导单光子探测器（SSPD）的相关性能，并概述了二者在量子通信中的应用。     

基于BB84协议的量子保密通信实验

基于BB84量子保密通信协议,利用光子的偏振态传输信息.发送方和接收方通过量子信道来传输量子态,同时双方通过一条经典信道进行基矢比对和其他信息交互,进而两边同时安全地获得和共享一份相同的密钥.     

基于单光子双量子态的确定性安全量子通信

量子通信是量子科学技术的一个重要研究领域,是一种利用量子力学原理,能够在合法各方之间安全地传输私密信息的通信方式.基于单光子的确定性安全量子通信通常需要在发送方和接收方之间来回两次传输单光子态,并利用局域幺正变换加载信息.本文提出了一种单向传输单光子态的确定性安全量子通信方案.发送方利用单光子的极化和time-bin两自由度构成的两组共轭基矢量来编码经典逻辑比特.接收方通过设计合适的测量装置可以在发送方辅助下确定性地获取比特信息并感知窃听,从而实现信息的确定性安全传输.另外,我们的协议使用线性光学元件和单光子探测器,可以在当前的量子通信装置上实现.     

基于单光子的高效量子安全直接通信方案

首先介绍了单次发送单光子的量子安全直接通信方案的具体步骤.基于该方案的基本步骤,逐步扩展到分两次和分四次发送单光子序列的量子安全直接通信方案,重点介绍各方案对应的编码规则.分析上述方案的效率可以看出,发送次数的增加可以增加单光子的分类,大大提高每个单光子的编码容量和整个通信中量子态的传输效率.最后提出有通用性的分n (n为2的整数次幂)次发送单光子来进行量子安全直接通信的方案及其编码规则,经过安全性分析证明方案安全可行.通过效率分析,该方案比现有方案的通信效率更高,而且该方案的实施只用到单光子,不涉及量子纠缠,实现难度更小.     

基于量子关联的星间链路技术研究

讨论了基于量子关联的星间链路工作频段,阐明了量子星间链路的体制优势.然后在现有星间链路研究的基础上,推导了量子星间链路的关联度和信号损耗及制备增益间的关系.并讨论了量子星间链路的网络架构.     

构建长距离量子通信中继器的研究努力

量子比特可借助于各种物理量进行编码，例如，光子的极化态，原子的自旋态等．为了使量子比特实际有用，它们与外部世界的随机耦合（退相干效应）必须被尽力避免．光子在传输的进程中本征退相干效应极小．但是，当光信号在光纤中传输时，它的强度会衰减．衰减的程度随传输距离以指数方式增大，例如，15km衰减到1／2，100km衰减到1／100．对于经典通信来说，中继器起放大信号的作用．但是，经典中继器不能被用于量子通信，因为它的噪声太大，以至于产生太多的错误量子比特．正在被研发的量子中继器，实际上是一个量子微处理器．它能够存储和处理一个一个的量子比特，并保证量子态的高保真复现。     

基于量子远程传态的无线自组织量子通信网络路由协议

针对复杂结构的无线量子通信网络,提出了无线自组织量子通信网络概念并设计其路由协议．该路由协议为按需路由协议,路由度量基于相邻节点问的纠缠粒子对数目．需要发送携带信息的量子态的节点发起路由请求和建立过程,由目的节点根据路由度量选择路径．目的节点选择路径后,沿所选路径发送路由应答信息至源节点并通知路径中其他节点．信息传输过程中,若所选路径中相邻节点问无线信道或者量子信道中断,将重新发起一个路由发现过程．建立新路由．路径中节点收到路由应答信息后,利用纠缠交换和两端逼近方法,从路径两端向中间节点方向进行纠缠交换,建立量子信道后,通过量子远程传态传输携带信息的量子态,从而实现无线自组织量子通信网络中任意两节点问信息的传递．     

基于超导量子干涉仪与介观LC共振器耦合电路的量子通信

量子计算如何在实验上实现一直受到广泛关注. 包括超导Josephson结的小量子器件(如超导量子干涉仪, SQUID)是实现量子计算的一种非常具有发展前景的物理系统. 本文通过对SQUID和介观LC共振器耦合电路系统的Cooper对数-相量子化机制的讨论, 合理地调制参数, 由此导出了该耦合电路在两能级近似下的J-C模型形式, 并提出了一种基于此模型的可实现量子信息传递的方案. 根据此方案可以利用介观LC共振器为数据总线来执行两SQUID间电荷量子比特的传递.