量子通信的发展前景

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前沿学科

量子通信的发展前景

王静端

（南昌陆军学院机电教研室，江西南昌!!

#引言

开通道设定秘密钥匙，并可以知道是否被窃听。密自!

比光速更快）的通信方式。在这种通信方式下，信息的传递不再通过信息载体（如电磁波）的直接传输，也不再受通信双方之间空间距离的限制，而且不存在任何传输延时，它是一种真正的实时通信。科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式，这种通信方式被称为量子通信。实现量子通信将是人类通信技术领域的又一次革命。

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量子通信的原理、特点及发展方向

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量子通信的原理

在量子通信系统中，共享信息的两个人必须共

享几乎一致的两个成对产生并永远缠结在一起的光子。一旦信息被带到第一个光子上，它将会消失并重现在第二个光子上，以实现不加外力方式传输信息。不加外力传输的概念是以量子物理学为基础的，它所使用的是具有波、粒两重性但没有电荷和质量的光子，而不是常规使用的电子。在量子通信中，报文是以不加外力传输方式传输的。不加外力传输方式就是使信息在一个地方消失，从而使其能在另一个地方出现的过程。它不需要通过空中、太空或线路传输。在这一过程中，发送者与接收者共享所需光子的数量，取决于所发送报文的长度。

在量子通信中，由于光子只能成对产生，因此，所有量子的不加外力方式只能在一个发送者和一个接收者之间进行。如果接收者需要将报文传送给其他人，则每次必须共享和使用缠结在一起的新的一对光子。因此，量子网络必须一个链路一个链路地建立。

利用量子信息技术之一———量子密码术，可实现密码通信。量子密码术是利用量子原理，通过公

收稿日期：!

码学的一个新的方向是实现公钥体制。在公钥体制中，加密密钥公开，可以像电话号码一样通知对方，而脱密密钥是保密的，这样仍然可实现保密通信。

量子密码术是利用测量量子系统将会改变量子系统的状态的这种特性来判断是否有人窃取传输的信息，以达到完全保密。秘密钥匙通常是任意的随机数列。为了交换秘密信息，发送者和接收者首先建立一个能产生纠缠光子对的装置。发送者和接收者都各有一个偏振片，每一对纠缠光子中两个光子的偏振方向相同。每当一系列光子对到达时，发送者和接收者可随机地放置他们的偏振片的方向，测量一系列纠缠光子对。然后通过公开渠道（电话）相互通知对方每次是如何旋转偏振片的。如果他们放置的方向相同，便可知道测得的结果相同，把探测到一个光子记为“#”，没有探测到记为“

利用量子通信，空间距离将不再成为通信的障碍，人们可以在相距任意远的地方进行实时交谈。未来的超光速通信将完全是个人化的、完全保密的、

（正常情况发送者和接收者看到的光子是通过量子

《半导体光电》

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!抗干扰的和绿色的通信，甚至还可以将生物芯片植入人的大脑，真正实现人脑超光速通信。!

量子通信的特点

（!）量子通信的信息传递可以不通过通信双方之间的空间，从而使通信丝毫不受通过通信双方之间的空间环境的影响，即它是完全抗干扰的；（

子密钥传输第一次演示获得成功。

英国物理学家23435678-*/提出了一种!%%

（#）可以使第三方无法进行干扰和窃听，信息载体完全可以只保存于信息的双方处，因此它是保密性最强的通信方式；

（$）不存在任何电磁辐射污染，它是完全环保型的。!

量子通信的方式

（!）利用量子耦合技术，制备出多粒子的量子耦合态。这种技术目前难以实现；

（

量子通信的研究方向

（!）进一步寻找实现多粒子的量子耦合态的方法和技术；

（

（#）对人脑的意识识别过程进行深入研究，进而发展更先进的意识识别模拟技术，并利用生物芯片技术，将人脑的意识识别功能集成于一块微小的生物芯片中，从而研究出真正的量子通信的产品。

#量子通信的发展状况

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它是人类认识微观世界的理论基础。!%#&年爱因斯坦、波多尔斯基和罗森论证了量子力学与相对论之间的不相容性。这一不相容性暗示了如果量子力学的预言是正确的，那么必然存在超光速响应。!%’$年，约翰・贝尔提出了贝尔定理，阐明了利用实验来检验超光速响应存在的可能性。!%(

利用修正的量子理论与自我意识功能实现超光速通信的方法。英国)9实验室将量子通信应用于银行业务，传输距离达到&&:;，并建成了波长(11+;的量子密码通信局域网和几公里长的无源光纤网。!%%$年?@A=*-=.7;等人进行的一些实验证明了人脑之间存在量子超光速响应。在实验中两个实验者互相认识之后被分别关在相距!$3的能屏蔽电磁波的室中，并通过仪器记录下他们的脑电图。科学家发现：当其中一个实验者受到!11个闪光的刺激，产生出特别的激发势时，另一个未受刺激的实验者也会显示出类似于这种激发势的转移势，并且双方都感觉到他们之间相互联系的成功结果，从而证明了实验者之间相互关联和影响的人脑超光速通信。

!%%%年，利用量子运动理论，解决了量子测量问题，并独立给出了量子超光速通信的实现原理和实现方案。科学家们以耦合的微观“粒子对”作为信息载体，将对其中一个粒子的测量操作编码为量子信息，并利用意识识别功能来区分另一个粒子的相应的量子态变化，以对超光速传递的量子信息进行解码，从而实现量子超光速通信。此外科学家们还发现了所给出的实现原理与已有实验之间的内在联系。一种既有理论，又有实验的量子超光速通信方式终于产生了。

最近几年，美军正在实施世界上最大的量子计算机研究计划，开发以不加外力传输方式向战场和全球传输报文的能力。美国陆军研究处的一位科学家说：“该研究项目从零起步，已发展为物理学界乃至科学界最热门的领域之一，并成为陆军研究处所实施的最大计划之一。我们正在资助世界上最大的、协同开发的量子信息科学计划”。此计划得到国家安全局、国防部高级研究计划局、国防研究与工程署副署长办公室以及陆军的资助和支持，由

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（如人脑）

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多。美军军方宣称：“该计划的最终目标是建造一台能完成传统计算机不能完成的所有工作的量子计算机。尽管在几十年后才可能研制出一台成熟的量子计算机，但作为构造量子计算机的基本元件之一的

。实现不加外力传输的设备将在!#年内研制成功”

美军科研人员指出：“我们正处在所有基本元件都以某种形式的验证过的阶段。目前最大的问题是集成问题。今后的工作将是以固态系统来验证曾只以原子形式验证过的这些相同的现象。之后，便可研制基本的不加外力传输方式的通信系统了”。现在该计划已经取得一定进展，在实验室已经实现了以不加外力传输方式传输信息。现已经在实验上实现了!#$%的量子传态。

瑞士也在现有的光纤系统中实现了量子密码通信，其特点是自适应能力强，而且性能稳定，使量子密码通信从实验室研究成功转入实用阶段。

在我国，中国科学院北京物理研究所量子光学

实验研究室吴令安研究员与中国科技大学北京研究

生院信息安全国家重点实验室杨理等合作，完成了“量子密码编码系统实验研究”，于!

从目前情况来看，如要求技术水平不高的话，估计只需(!#年时间便可制造出能快速以不加外力传输方式在全球范围内传输信息的量子通信系统。

作者简介：

王静端（!

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--’,-*!3随着多孔硅发光机理研究的深入，人们基本上

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否定了干涉效应的说法，因为通过仔细比较实验中

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各分立发光峰的波数，发现它们并不成等间隔。另

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外从国际上很多实验小组观察到的发光峰峰位基本!+：(H#,(H(3相同这一事实也可以否认干涉效应这一解释，不同［*］S0/)4，R/:70>;GT32:)/A6>)/==87;58)/6

［D］6:%5)>C7>)7>@=8%F8=8:CC56578)65M0;>%5;;5)MB>L57>C3的小组使用不同的硅片、不同的腐蚀条件，折射率与

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是由多孔硅本征因素引起的。

-结论

多孔硅分立的光致发光谱峰是由多孔硅的本征因素引起的。多孔硅的可见光发射强度由量子尺寸效应和表现面钝化效应两个因素决定的，在低温下发光峰位的蓝移或红移很大程度上依赖于多孔层内纳米颗粒的尺寸分布。随着温度由室温下降到液氮温度，对于高孔度的多孔硅，其峰位蓝移，而对于低孔度的多孔硅，其峰位红移。参考文献：

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［&］刘小兵，熊祖洪，表帅，等3多孔硅光致发光的温度

效应研究［D］（’）：3物理学报，!

［H］刘小兵，熊祖洪，史向华，等3经E6+W-与45W!的钝化

的多孔硅及其光致发光特性［D］3半导体学报，+###，+（!）：-’,*-3

作者简介：

史向华（!

人，副教授，学士。现从事凝聚态物理的教学与研究工作，已在国内核心刊物上发表论文*#余篇。

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量子通信的发展前景

作者：

王静端

作者单位：南昌陆军学院机电教研室,江西南昌,330103刊名：半导体光电

英文刊名：SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS年，卷(期)：2002，23(1)被引用次数：

1次

引证文献(1条)

1.陈彦.胡渝 光通信将面临量子通信的挑战[期刊论文]-光通信技术 2004(9)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_bdtgd200201020.aspx授权使用：武汉大学(whdx)，授权号：1e2f3a97-1fbd-46ee-82c7-9de100b57dd5

下载时间：2010年8月29日