2016年通信科技趋势之量子计算研综述 实习报告(论文).docVIP

西安航空职业技术学院 实习报告（论文） 题 目： 2016年通信科技趋势之量子计算研究综述 学 院： 电子信息学院 专 业： 电子信息技术 学 号： 26 学生姓名： 王博 指导教师： 李丽华 2017年 1 月 9 日 摘要 量子密码通信是一个新的迅速成长的领域，它牵涉许多不同的学科，如量子力学、量子光学、信息论、光学技术、电子技术及通信技术等。现在，美国、欧洲、日本、中国等国家都纷纷加入到有关的研究中，使与量子密码技术相关的实验进展迅速。量子密码的研究尤其是量子密钥分发已经逐步趋于实用，有着广阔的应用前景。 2007 年4 月2 日，国际上首个量子密码通信网络由中国科学家在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的唯一无中转，可同时、任意互通的量子密码通信网络，标志着量子必威体育官网网址通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。这次实验的成功，为量子因特网的发展奠定了基础。文章阐述量子密码的产生、量子密码学的基本原理、该领域的实验研究及研究成果，最后指出量子密码通信将是保障未来网络通信安全的一种重要技术。 关键字：量子密码；量子密钥分配；量子信息学 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 目录 一、量子的特性 1 二、量子秘钥的原理 1 2.1基于两种共扼基的四态方案,其代表为BB84 协议 1 2.2基于两个非正交量子态性质的Bennett 方案,其代表为B92 协议 1 三、量子秘钥分配的有关实验 2 3.1国外秘钥分配的有关实验 2 3.2国内秘钥分配的有关实验 2 四、量子密码通信研究现状 2 五、我国量子通信技术发展情况 4 5.1“中国量子通信在潜艇深海试验中取得成功” 4 5.2全世界第一条量子必威体育官网网址传输干线 5 5.3量子科学实验卫星 5 六、我国发展量子密码通信面临的问题及对策 5 6.1更纯的单光子源 5 6.2高效单光子探测器 6 6.3防窃听技术 6 6.4 量子放大 6 6.5 适应市场竞争 6 七、自己对量子通信的理解 7 参考文献 一、量子的特性 量子力学：量子同时处在不同的状态，只是这些状态各自有不同的发生概率（量子叠加性），但是一旦被测量，状态就被确定（量子态的坍缩）。 二、量子秘钥的原理 2.1基于两种共扼基的四态方案,其代表为BB84 协议 BB84 协议的原理是利用单光子量子信道中的测不准原理。Alice 每隔一定时间随机地从4 个光子极化态(0 ,π/ 4 ,π/ 2 ,3π/ 4) 中任意选取一个发送给Bob ,形成具有一定极化态的光子态序列,并记录每一个光子态对应的基矢类型(这个协议中有两种测量基矢:Rectilinear 型和Diagonal 型) 。Bob 接到Alice 发送的信号后, 开始接收Alice 发送的光子态序列,Bob 为每一个光子从两种测量基矢中随机地选取一种进行测量,然后记录测量的结果并秘密保存。Bob 接收并测量完Alice 发送来的极化态光子序列后,向Alice 公开其测量过程中所用的基矢或测量类型。Alice 进行比较并告诉Bob 其比较的结果:告诉Bob 哪些是正确的,哪些是错误的。根据比较结果,Alice 与Bob 按照事先的约定将经过比较后的所有正确的光子极化态翻译成二进制比特串,从而获得所需的密钥。 2.2基于两个非正交量子态性质的Bennett 方案,其代表为B92 协议 B92 协议的原理是利用非正交量子态不可区分原理,这是由测不准原理决定的。首先,选择光子的任何两套共轭的测量基(这里我们取偏振方向为0°和90°,45°和135°的两套线偏振态,并定义0°和135°代表量子比特“0”,45°和90°代表量子比特“1”) ,合法用户Alice 随机发射偏振态(这里取0°和45°) ,Bob 随机使用偏振态(这里取90°和135°) 进行同步测量。这种方法比BB84 协议简单,但代价是传输速率减少一半,因为只有25 %的光子被接受到。 以上是两种典型协议的实现过程,但是,由于下面两个原因使得上述协议是不可用的: (1) 环境噪声和窃听者的作用; (2) 窃听者可获得极少量的信息而不被发现。因此,在实际通信系统中,所有量子密钥分发协议的实现需要增加一些非量子的过程。研究表明为了获得安全的量子密钥需要完成以下五个过程[6 ,7 ] ,即量 三、量子秘钥分配的有关实验 3.1国外秘钥分配的有关实验 1993 年，瑞士的Muller 等人首次在光纤