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量子通信原理(量子通信是什么意思?它的原理是什么?)

日期:2024-11-14 08:06:44

量子通信,是不是一开始听到这个词就有点懵?量子通信,简单来说,就是利用量子力学原理来进行信息传递的一种新型通信技术。听起来是不是还是很玄乎?


量子通信,到底是什么?

量子通信可不是什么“玄学”,它是基于实实在在的量子力学原理的。量子力学,是个奇特的领域,里面充满了各种让人惊叹的现象和原理。比如说,量子叠加态,就像是一个钱币在空中旋转,我们不知道它是正面还是反面,直到我们去看它,它才会“决定”是正面还是反面。还有量子纠缠效应,两个粒子就像是被一根无形的线连在一起,无论它们相隔多远,只要其中一个粒子的状态发生变化,另一个粒子的状态也会瞬间发生变化。


这些原理听起来是不是很奇特?没错,它们就是量子通信的基础。量子通信利用这些原理,通过量子态作为信息载体进行信息传递,实现了信息的加密与解密。这样一来,我们的通信就变得更加安 全了。

量子通信的两大东西

在量子通信的世界里,有两大东西不得不提,那就是量子密钥分发(QKD)和量子隐 形传态(QT)。


量子密钥分发(QKD):这个听起来就很厉害吧?其实,它就是利用量子态的不可克 隆性和不可分割性,通过量子信道来生成和共享密钥的。你和一个朋友想要传递一个秘密信息,但是你们担心被别人偷听。这时候,你们就可以使用QKD来生成一个只有你们两个人知道的密钥,然后用这个密钥来加密你们的信息。这样一来,即使有人想要偷听,他也无法破 解你们的信息,因为密钥是量子态的,一旦有人试图窃 听,量子态就会发生改变,你们就会立刻发现。


量子隐 形传态(QT):这个听起来就更奇特了,它就像是科幻电影里的“瞬间移动”一样。不过,QT并不是真的把物体或者人瞬间移动到另一个地方,而是利用量子纠缠效应来传输量子比特的状态。简单来说,就是两个处于纠缠状态的粒子,无论它们相隔多远,只要测量其中一个粒子的状态,另一个粒子的状态就会瞬间发生变化。通过经典信道传输测量结果,就可以实现量子比特的远程传输了。这样一来,我们就可以在不传输实际物体的情况下,传输信息了。

量子通信,为啥这么牛?

其实,这主要得益于它的几个优势:

绝 对安 全性:这是量子通信吸引人的地方之一。由于量子态的不可克 隆性和不确定性原理,任何试图窃 听的行为都会导致量子态的改变,从而被立刻检测到。这样一来,我们的通信就变得安 全了。


高 效率与大容量:量子通信能够在未来的信息传输中发挥重要作用。随着科技的发展,我们需要传输的信息越来越多,对通信效率的要求也越来越高。而量子通信正好可以满足这些需求,它能够在安 全性的同时,提高通信效率与容量。



无条件安 全:这是量子通信的另一个重要优势。与传统的加密方式相比,量子通信是目前唯 一被严格证明无条件安 全的通信方式。这意味着,无论敌人有多么强大的计算能力和技术手段,都无法破 解我们的量子通信。

中国的“墨子号”

2016年8月16日,“墨子号”在酒泉卫星发射中 心成功发射升空,我国在卫星量子通信上迈出了人类头一步。此后,“墨子号”不断创造纪录,完成了多项科学实验任务,让中国在空间量子科学研究领域处于前面的地位。


不仅如此,中国还在规划未来的量子通信网络。据了解,上海区域内已经建成了国内头张运营商级的商用量子密钥分发网络,可支持不少于100万的用户容量。而预计到今年年底,中国电 信将在全国10~15个城市部署量子城域网,未来将与骨干网打通,并终形成天地一体的量子通信网络。


更厉害的是,中国还在研究量子中继和量子星座等关键技术。一旦这些技术取得突破,未来就有可能实现全球化广域量子通信网络。到时候,我们就可以随时随地地传输信息了。