量子通信论文范文1
[关键词]量子计算 量子通信 通信效率 安全通信
中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0128-01
引言
随着科学技术的飞速发展，量子信息学逐渐得到人们的关注与重视，在近代物理学、计算机科学等领域都有所涉及。通过量子力学的基础，不断的发展与延伸。量子信息学，是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面。我们在这里，着重的了解一些量子通信。
一、 量子通信协议概念
1，量子通信协议定义
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。其中隐形传送是指脱离实物的一种“完全”的信息传送。可以想象：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。实际上是一种对于通信地保密性的传输。是一种在理论上可以保证通信绝对安全的一种通信方式。由于量子力学中的不确定性原理，是不允许精确地提取原物的全部信息，因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。
2，量子通信与光通信的区别
量子通信与光通信的区别，在于在通信中用的光的强度是不同的。光通信一般采用是强光，包括无线电、微波、光缆、电缆等具体形式。通过偏振或相位等的调制方式来实现。量子通信讨论的是光子级别的很弱的光，通过对光子态的调制，但是主要利用了光子的特性，量子态不可克隆原理和海森堡不确定性关系。这也是区别于光通信的重点。
二、量子通信基本方式
量子通信在量子力学原理的基础上，通过量子态编码和携带信息进行加工处理，将信息进行传递。只要包括：量子隐形传态、量子密钥分发等，下面主要介绍这两个组成部分：
1，量子隐形传态
量子隐形传态，又称量子遥传、量子隐形传输。经由经典通道和EPR 通道传送未知量子态。利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。它传输是量子态携带的量子信息。想要实现量子隐形传态，要求接收方和发送方拥有一对共享的EPR对，即BELL态（贝尔态）。发送方对他的一半EPR对与发送的信息所在的粒子进行结合，而接收方所有的另一半EPR对将在瞬间坍缩为另一状态。根据这条信息，接收方对自己所拥有的另一半EPR对做相应幺正变换即可恢复原本信息。到乙地，根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。量子隐形传态大致可以这样描述：准备一对纠缠光子对，一个光子发送给有原始量子态（即第三个光子）的甲方，另一个光子发送给要复制第三光子的量子态的乙方。甲方让收到的一个光子与第三光子相互干涉（“再纠缠”），再随机选取偏振片的方向测量干涉的结果，将测量方向与结果通过普通信道告诉乙方；乙方据此选择相应的测量方向测量他收到的光子，就能使该光子处于第三光子的量子态。
量子隐形传态作为量子通信中最简单的一种，是实现全球量子通信网络的可行性的前提研究。它的存在与应用，可以完全的保证用户的信息安全，通信保密，同时如果出现有人窃听的现象，将会及时的进行信息的改变，保证内容的“独一无二”。
2，量子密钥分发
量子密钥分发以量子物理与信息学为基础，是量子密码研究方向中不可缺少的重要部分。被认为是安全性最高的加密方式，实现绝对安全的密码体制。当然这只是理论上的内容，在现实生活中还是有一定的差距。只是理论上具有无条件的安全性。1969年提出用量子力学的理论知识进行加密信息处理。到了1984年，第一次提出量子密钥分发协议，即BB84协议。随后又提出B92协议。2007年，中国科学技术大学院士潘建伟小组在国际上首次实现百公里量级的诱骗态量子密钥分发，解决了非理想单光子源带来的安全漏洞。后又与美国斯坦福大学联合开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器――基于周期极化铌酸锂波导的上转换探测器。解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患。保证了非理想光源系统的安全性。生成量子密钥大致为：准备一批纠缠光子对，一个光子发送给发信方，另一个光子发送给收信方。测量光子极化方向的偏振片的方位约定好两种。两人每次测量一个光子时选择的方向都是随机的，但要记录下每次选择的方向，当然也要记录下每次测量的结果，有光子通过偏振片就记1，无光子通过则记0。通过普通信道两人交换测量方向的记录，那些测量方向不一致的测量结果的记录都舍去不要，剩下的那些测量方向相同所对应的测量结果，两人应一致，这一致的记录就可作为两人共同的密钥。
总结
经典通信较光量子通信相比，量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性。具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。逐渐走进人们的日常生活。为了让量子通信从理论走到现实，从上世纪90年代开始，国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会和国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科学技术大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。
参考文献
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量子通信论文范文2
关键词：量子通信；量子纠缠；滑动窗口
中图分类号： TN915.04文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）03-0004-04
0引言
近几年来，随着人们对于网络信息传输质量的要求越来越高，并且各种应用的增加导致整个网络信息量增大，亟需有效提高网络的服务质量。基于量子纠缠态理论，在数据链路层对通信协议进行分析，得到停等协议和选择重传量子通信协议，可以明显减少信息在链路中的传输时延，有效提高信息在链路中的传输速率[12]。但是，选择自动重传协议对于每一个发送的数据帧都要求进行应答，一定程度上加重了通信负担；滑动窗口协议只要求对于一定量的数据帧发送一个应答即可，将有效简化通信过程。因此，研究基于量子纠缠态的滑动窗口通信协议具有一定的意义。本文利用量子理论中量子纠缠态，提出一种基于数据链路层的滑动窗口量子通信协议，并对该协议进行分析。
1量子纠缠态
量子信息学是近20多年来由量子理论、信息科学以及计算机科学相结合起来的新型学科[3]，主要利用量子态的特性，探索以全新的方式对信息进行存储、计算、编码和传输的可能性[45]。量子纠缠态是量子光学和量子信息学领域中的一个重要概念，量子态的纠缠是量子信息工程中的重要资源，并广泛应用于量子通信和量子计算的理论研究中[67]。量子纠缠现象最先是由（einsteinpodolskyrosen，EPR）发现的量子力学的特殊现象，对于2个或多个量子系统之间的非定域、非经典的关联性描述，是量子系统内各个子系统或各自由度之间关联的力学属性。那么，量子纠缠态是实现信息高速传输的不可破译通信的理论基础[4]。由量子纠缠交换实现量子远程通信，表明量子状态的转移是瞬间实现的，极大缩短了通信时间。
2滑动窗口通信协议
滑动窗口协议是基于数据链路层允许多个数据帧同时进行信息传输以此来提高传输效率而提出的[8]。对于每一个数据帧用一定位数的二进制标识，并限定每个窗口的最大传输的数据帧数。同时，分别在发送方设置发送窗口，接收方设置相应的接收窗口；接收方不必对每一个数据帧进行应答，只需对这个窗口的最后一个数据帧进行应答，表示整个窗口的所有数据帧接收正确，之后接收下一个窗口的数据。对于当产生错误或者丢失一个、多个数据帧时，需要重传这个窗口的所有数据帧。
对于滑动窗口协议，假如待传送的数据帧为m个，每个滑动窗口最多N个数据帧，且每个数据帧在传输的过程中出错和丢失的概率为p。假定每个数据帧的发送时延为ta，数据帧沿发送链路从发送端到接收端的传输时延为tp，接收端接收到数据帧的所用的处理时延为tpr，接收端发送确认帧的发送时延为tb，确认帧在链路中的传输时延为tp，假设发送端的处理时延也同为tpr。由于数据帧的传输过程中是连续发送，则存在数据帧之间传输时间的重叠。即设时间重叠的系数为β，则0≤β
也就是说，如果出错或丢失的数据帧越多，则滑动窗口量子通信协议将越有效；并且在无差错信息传输中滑动窗口量子通信协议也将比选择连续重传量子通信协议更好。可得出：在单一一个窗口的出错或丢失需要重传的数据帧的概率为p1=y/x，那么对于所有的数据帧有：当p1>c+1xt4+t5（t4+t5）x-1时，滑动窗口量子通信协议比选择连续重传量子通信协议更优。因此，滑动窗口量子通信协议在远程通信和通信信道较差、出错率很高以及传输时延很高的情况下具有更明显的优势。
4结论
利用量子力学中的量子纠缠态，提出了一种基于数据链路层的滑动窗口量子通信协议。该协议在链路的空闲时段通过量子纠缠态的分发建立量子信道，信息的发送通过经典信道进行传输，而后通过量子信道进行反馈确认信息来完成。由于确认量子信息传输的瞬时性，可有效减少信息的传输时间，提高了链路的吞吐量。通过与选择连续重传量子通信协议对比，滑动窗口量子通信协议在十分严峻的环境和远程通信中能够更好地提高信息的传输效率，特别是在卫星通信方面将有更大作用。但是对于所需要重传的数据帧是整个窗口的所有数据帧进行重传，但是整个窗口的所有数据帧并不是全部都出错或丢失需要重传，有的数据帧是完整接收依然被丢弃重传，造成了一些不必要的数据帧的传输，信道的利用率下降。如果能够对于滑动窗口量子通信协议中需要重传的数据帧进行选择性重传将是更有效的解决方案。参考文献：
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量子通信论文范文3
【关键词】 量子通信技术 发展现状 趋势 研究
近年来量子通信在各类学术会议或期刊中频频出现，作为一个古老而又新鲜的话题，电视等各种媒体中经常出现各种关于量子通信技术重大突破的报道。在国家技术规划中，“量子调控研究”被列为重大基础科学研究计划之一，在20-30年后预计量子技术将会给人类社会带来巨大影响。量子通信技术的重要性，要求我们必须予以其关注。首先，我们应该对量子通信技术的发展现状有一定了解。
一、量子通信技术的发展现状
在量子通信的概念上，不同的角度对其有不同的表述。总体来说，量子通信是一种新型的通信方式，是量子力学和通信科学的综合产物，它通过对量子纠缠效应的利用来传递信息。量子通信的基本思想主要包括两部分，一为量子密钥分发，二为量子态隐形传输。通过量子密钥分发可以对安全的通信密码加以建立，在一次一次的加密方式下，点对点方式的安全经典通信便得以实现，且这种安全性已经被数学严格证明，是迄今为止经典通信仍然做不到的。百公里量级的量子密钥分发，目前的量子密钥分发技术能够轻松完成的，在光开关等技术辅佐下量子密钥分发技术还可以实现量子密钥分发网络。量子态隐形传输是一种物理载体，能促使量子态（量子信息） 的空间转移的同时又不移动量子态的实现，类似于将从一个信封内将密封信件内容转移到另一个信封内且信息载体自身并不会被移动，这种经典通信中无法想象的事是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量完成的。量子中继器这种以量子态隐形传输技术和量子存储技术为基础的技术可以促使任意远距离量子密钥分发及网络的实现。
量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰・贝尔于1964年提出贝尔理论，，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989年第一次演示成功量子密钥传输，1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利蔡林格小组在室内首次完成，2004年，该小组又将量子态隐形传输距离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16 公里的自由空间量子信道，于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。
二、量子通信技术的发展趋势
量子通信技术的研究方向除了包括量子隐形传态还包括量子安全直接通信等，突破了现有信息技术，引起了学术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比，量子通信除具有超强抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助；与此同时量子通信的密码被破译的可能性几乎没有，具有较强的保密性；另外，量子通信几乎不存在线路时延，传输速度很快。量子通信发展仅仅经历了20年左右，但其发展却十分迅猛，目前已经被很多国家和军方给予高度关注。
量子通信在国防和军事上具有广阔的应用前景，作为量子技术的最大特征，量子技术的安全性是传统加密通信所无可企及的。量子通信技术的超强保密性，能够有效保证己方军事密件和军事行动不被敌方破译及侦析，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法上，也许现有计算机可能需要好几万年的时间，在现实中是完全无法接受且几乎没有实用价值的。但量子计算机却能在几分钟内将加密算法破解，如果未来这种技术被投入实用，传统的数学密码体制将处于危险之中，而量子通信技术则能能够抵御这种破解和威胁。此外，在民间通信领域量子通信技术的应用前景也同样广阔。中国科技大学在2009年对界上首个5 节点的全通型量子通信网络进行组建后，使得实时语音量子保密通信被首次实现，城市范围的安全量子通信网络在这种“城域量子通信网络”基础上成为了现实。
各国正是瞅准了量子通信技术的无限应用前景，纷纷加大对量子通信技术方面的投入力度。在未来的量子通信技术还应注意一些关键性的问题，如单光子源成本的降低、通信传输距离的加大以及检测概率的增强等，都仍需要进一步的研究。
参考文献
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量子通信论文范文4
［关键词］通信工程；培养模式；课程体系；实践环节
0引言
大连海洋大学是我国北方地区唯一的一所以海洋和水产学科为特色，多学科协调发展的涉海高等院校，为振兴辽宁老工业基地，适应辽宁省及全国沿海省市对海洋渔业通信工程发展的需要，发展区域经济，满足我国和全省经济建设对海洋渔业通信工程专业人才的需求，大力发展信息产业建设，通信工程专业自2003年开始招生。在开办的这十二年时间里，我们下大力气，狠抓专业建设规范，注重教学质量。随着本专业师资力量的逐步增强，我们对本专业的发展现状、发展规律的深入研究把握，对专业定位的认识逐步统一，大连海洋大学通信工程专业的特色目标和人才培养目标逐步清晰明确。
1培养目标
大连海洋大学信息工程学院通信工程专业是从学校的学科专业结构特点和学科特色出发，合理配置学校的教学资源，在电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术、船舶与海洋工程和航海技术的学科交叉基础上设立的专业。学校以提升人才培养质量为核心，立足辽宁，面向黄、渤海，辐射全国，为区域经济建设服务，为国家水产和海洋事业服务，致力于培养德、智、体、美全面发展，知识面宽，基础扎实，综合素质高，具有创新精神和实践能力，敬业、专业、乐业、创业的复合性应用型人才的人才培养战略。在人才培养过程中注重培养学生的自主性、研究性学习的能力和分析问题、解决问题的能力，结合地方经济社会发展需要确定本专业的培养目标、任务和要求，加强海洋渔业通信方面的特色教育。在多年办学经验的基础上，经多方调研，结合本校实际，制定并逐步完善了通信工程专业的培养目标：以培养德、智、体、美全面发展，熟练掌握通信技术、通信系统和通信网络的基本理论、基本知识和基本技能与方法，并具备电子和计算机技术等方面知识，具有较强的工程实践能力，能够从事固定通信、移动通信及船舶通信等现代通信系统及设备的研究、设计、开发与应用的，具有海洋、渔业科学背景的人才。
2课程体系的改革和优化
课程体系主要包括课程设置、教学内容及课程结构，是教学思想、教育理念的具体化，也是实现创新能力培养与综合素质提高的保证。课程设置是否科学，教学内容是否合理，直接影响创新能力的培养与综合素质的提高。按照我校建设“蓝色大学”理念，构建了通信工程专业蓝色人才培养方案。培养方案坚持“加强通识教育、拓宽学科基础、凝练专业方向、提升实践能力、培养创新精神”的人才培养原则，优化人才培养过程，构建课内、课外一体化的培养模式，依照“浅蓝、蔚蓝、湛蓝、深蓝”的蓝色课程体系，用蓝色课程元素来承载水的精神与海的文化，延伸至涉海涉水教学内容要素。（1）浅蓝（通识课程）包括公共基础课（思想政治理论课、大学外语、大学计算机基础、高等数学、大学物理、体育等），公共选修课（军事理论、健康与安全教育、选修课），公共集中实践环节（军训）。通识课程虽然不一定与通信专业有直接联系，但它是培养具有远大的理想、高尚的情操、科学的思维、可持续发展的能力和健康的心里的人才，为进一步学习提供方法论的不可缺少的课程。基于学校开展课程建设的“双百工程”，从公共选修课着手，打造了蓝色海洋类、人文与社科类、艺术与体育类、自然科学与技术类共100门校级精品视频公开课。其中蓝色海洋类公共选修课有利于进一步加深学生的海洋知识背景。（2）蔚蓝（学科基础课）包括复变函数、电路理论、信号与系统、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、数字信号处理、微机原理与应用、电磁场与电磁波、单片机原理与接口技术、通信原理等。学科基础课是通信工程专业学生必须具有的基本知识结构，为专业课程提供有效的支撑，使学生具备本专业的基础理论和基本工程应用能力，有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的能力及开拓创新精神，为学生后续学习专业方向课打下坚实的基础。（3）湛蓝（专业课）包括专业必修课（电子线路仿真、电子线路CAD、移动通信、计算机通信、DSP技术与应用）、专业方向课、专业任选课（C＋＋高级语言程序设计、随机信号处理、电视原理与技术、现代通信系统仿真技术、计算机网络安全、嵌入式系统开发技术、数据结构C、扩频通信、通信工程专业英语）。通过对其他高校相同专业的大量调研，反复论证比较，通信工程专业设立两个专业方向：通信工程（程控交换技术、船舶通信、光纤通信）、计算机通信（数字通信、多媒体通信技术、计算机网络技术）。通信专业依托海洋信息技术，在船舶通信、船舶导航、海洋渔业3S技术等方面进行了卓有成效的尝试，同时，紧随时代的发展，对部分课程进行压缩和调整，开设一些学生喜爱的，又能与现实接轨的课程，如扩频通信、嵌入式系统开发技术等选修课。（4）深蓝（专业集中实践环节）包括模拟电子技术课程设计、数字电子技术课程设计、电子线路仿真课程设计、电子线路CAD上机、高频电子技术课程设计、现代通信系统仿真技术上机、通信原理课程设计、单片机原理与接口技术课程设计、通信工程专业教学实习、通信工程专业实习、通信工程专业毕业设计（论文）等。专业集中实践环节对培养通信专业逐步树立工程观念、提高解决工程实际问题的能力和创新能力，有着极为重要的作用。
3强化实践环节，培养提高创新能力
通信工程专业将实践环节作为培养学生创新精神和实践能力的主要途径，制定了科学合理的实践教学方案，构建了多层次、全程化实践教学体系，较好地保证了通信工程专业实践教学的需要。坚持实践教学与理论教学并重、实践教育与创新教育结合，对构成实践教学的各个要素进行整体设计，所有的实践环节围绕培养学生实践动手能力和创新能力而展开，把实践环节分成实验教学、课程设计、实习、毕业论文（设计）、科技创新五个模块，模块之间衔接紧密、层层推进，为学生从入门到提高再到创新夯实基础。
3.1实验教学
实验教学模块主要依托辽宁省海洋信息技术重点实验室、辽宁省实验教学示范中心，以提高实验动手能力为主线，以掌握基本实验技能和方法、融会贯通科学知识、促进创新思维为主要教学目标。加强基础课、主干课实验；实验内容优化配合，避免重复或脱节；增加设计性、综合性实验的比重，形成基本实验、选做实验、设计性和综合性实验组成的立体化实验结构；对含有实验的课程，加大实验教学在整个课程考核中的比例；鼓励学生自主设计实验。在2013版培养方案和教学大纲中都有体现。针对不同课程的特点，有选择地在教学过程中引入仿真实验环节，以缓解实验设备和空间的紧张情况，有效扩展实验空间和时间，节省资金。
3.2课程设计
课程设计着眼点是把理论学习与工程实践相结合，让学生初步掌握设计的程序和方法。一般以单门课或课程群为主选择题目，它是毕业设计的初级阶段。课程设计教学中压缩验证性课题，增加能够体现设计型、综合型和创造性的课题。在课程设计教学设计过程中，鼓励学生自主选题，自行讨论方案，自己组织实施，给予学生自我发挥的余地，充分激发学生的创造性思维，为学生个性的发挥和创造能力的锻炼创造条件。
3.3实习
以校内外实习基地为平台，以使学生学会理论联系实际、建立工程意识和锻炼实际操作技能为主要教学目的，并且通过接触社会，增强学生的劳动观念和社会责任感。目前，通信工程专业校外实习基地2个（人民4810厂，北京尚观科技有限公司大连分公司），合作的企事业单位有18个（渤海船舶重工有限责任公司等），同时学校也正在积极运作与通信公司合作。到企业参观实习和请企业技术专家来校讲座，通过参观和专家公开课的形式，使学生对企业文化、船舶通信及导航设备的发展现状与趋势和本行业领域的前沿技术等有所了解，有利于学生学习目标的确定和职业素质的提高。
3.4毕业论文（设计）
以学院各类实验室、校内外实习基地为平台，学生通过完成毕业论文（设计），在综合运用专业知识能力、外语和计算机应用能力、信息资料检索和收集能力、论文撰写能力和解决实际问题等能力上有较大提高。为切实保障毕业论文（设计）的质量，从以下几方面进行加强：①精心设计备选题目，组织开题报告。学生选题后，在指导教师指导下，查阅文献和撰写文献综述，并精心组织好开题报告，以保证毕业论文的先进性、可行性；②加强毕业论文的中期检查，以保证毕业论文在有限的时间内按质按量完成；③建立毕业论文答辩规范和质量标准，在毕业论文答辩期间开展“毕业论文检查周”活动，有效提升了毕业论文的质量。④学校出台了《大连海洋大学本科生学位论文学术规范检测暂行办法》，针对毕业的本科生的学位论文进行了学术不端行为的检测，有效地杜绝了学术不端行为。3.5科技创新以各类兴趣小组和科技社团、大学生科技创新基地、科研实验室为平台，学生通过参加大学生创新创业训练计划项目、科学研究等活动，使创新意识和能力得到进一步培养和提高。低年级的学生专业基础还比较薄弱，鼓励他们参加兴趣小组或者科技社团，以增加学生对创新的认识，提高学生对创新的兴趣；高年级的学生参加各种校内外的竞赛，使学生在竞赛过程中自主学习、自我探索、自我发现。目前，通信工程专业学生在教师有针对性的训练下，参加了“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车竞赛、“大唐杯”全国大学生移动通信技术大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计大赛等，并取得了优异的成绩。
4结语
大连海洋大学通信工程专业作为涉海高校的“非特色”专业，在复合性应用型培养目标的前提下充分利用和挖掘自己的优势资源，发挥地方特色、行业特色；在加强学生思想道德教育和身心素质培养的同时，主动适应国家和辽宁省沿海经济带发展的新需求，抓住实践能力和创新精神培养的核心，对通信专业的人才培养模式进行调整，使之更好地符合学校的定位与专业培养目标的要求，从而更好地适应社会需要，符合高等教育的发展趋势，并在实践中不断探索与发展。
主要参考文献
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量子通信论文范文5
【关键词】量子通信技术；发展现状；未来趋势
The Development and Future Trend of Quantum Communication Technology in China
Fu Lu，Li Chun-zhi，Liu Wei
（Force Communication DepartmentDalianLiaoning116100）
【Abstract】The quantum communication has the characteristics of super security， large channel capacity， super high communication speed and ultrahigh concealment. After 30 years of development， it has matured theoretically， and the technical scheme has gradually moved from the laboratory to the practical. Quantum communication technology has also achieved fruitful results.
【Key words】Quantum communication technology；Development status；Future trend
量子通信是利用量子纠缠效应改变量子态，从而实现信息传递的一种新型的通信方式，它是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。
1. 我国量子通信技术的发展现状
（1）中国的量子通信发展经历了4个阶段，从95年到2000年是学习研究阶段，95年首次实现了量子密钥分发实验，在2000年完成了单模光纤1.1Km的量子密钥分发实验；2001年到2005年中国经历了量子通信技术的快速发展阶段，先后实现了50Km和125Km的量子密钥分发实验；2006年到2010年进入了初步尝试阶段，分别实现了100Km的量子密钥分发实验和16Km的自由空间量子态隐形传输。先后在芜湖建成芜湖量子政务网和在合肥建成世界首个光量子电话网络 。2010年至今进入了大规模应用阶段。
（2） 2010年，在合肥建成首个城域量子通信实验示范网。具有46个节点的量子通信网覆盖合肥市主城区，使用光纤约1700公里，通过6个接入交换和集控站，连接40组“量子电话”用户和16组“量子视频”用户。主要用户为对信息安全要求较高的政府机关、金融机构、医疗机构、军工企业及科研院所等。
（3）2011年，研发出兼容经典激光通信的“星地量子通信系统”，实现了星地之间同时进行量子通信和经典激光通信。
（4）2012年，在北京建成金融信息量子通信验证网，该验证网实现了高保密性视频语音通信、实时文字交互和高速数据文件传输等应用。
（5）2014年，济南量子通信网实验网正式投入使用。包括三个集控站，56个用户节点。
（6）2016年，建立世界首条量子信息保密干线京沪干线。总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海，利用这一广域光纤量子通信网络，京沪两地的金融、政务等机构能进行保密通信，实现了城际量子通信。
（7）2016年8月，由中国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射，为建立全球的光量子通信网络奠定了坚实的基础。
（8）我国计划到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，建成联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网，到2030年建成全球化的广域量子通信网络。
目前，我国在量子密钥分发的实用化方面已跻身世界前列。最近几年，新技术突破不断涌现，自主研发的量子路由器、量子程控交换机及终端设备已能满足实用化要求。
2. 我国量子通信技术的未来趋势
量子通信技术的发展十分迅猛，在民用方面，已在部分城市建立了量子通信网；但是在军用方面，进入工程普及还需要3～5年时间。但从量子通信具备的优势来看，丝毫不能阻挡量子通信在未来军事上的大量应用。
（1）一是用于建立远程通信网。由于单光子在现在的硅光纤和陆上自由空间中的传输距离受到了限制，使量子通信的距离目前只有百余公里，无法实现全球范围意义上的量子通信。这一问题可以通过量子存储技术与量子纠缠交换和纯化技术的结合，做成量子中继器，突破光纤和陆上自由空间链路通信距离短的限制，延伸量子通信距离，实现真正意义上的全球量子通信。
（2）二是用于建立深海军事通信。岸潜通信，一直是困扰军事通信的一大难题。目前使用的甚长波通信系统，勉强能够达到与水下百米左右的潜艇的通信，但其系统非常庞大，仅天线就长达50千米以上，抗毁性差，通信效率极低，30分钟只能通几个字符，量子通信不同于传统的“波”通信，量子通信因其与传输媒介无关，不受海水影响，在同等条件下，获得可靠通信所需的信噪比比光、电等传统通信手段低30～40分贝左右，利用量子通信可以开发出有效的水下军事通信手段，为远洋深海安全通信开辟了一条崭新的途径。
量子通信论文范文6
契诃夫有这样一句名言：“当喉咙发干时，会有连大海都一饮而尽的气概，这便是信仰;等到口渴时至多能喝两杯，这就是科学。”[1]信仰是人的精神食粮，科学是人改造世界的物质基础。物质与精神是人类生存和发展的两大基本要素，所以我们既要发展科学，也要完善与文明相匹配的信仰。在众多信仰之中，影响最为深远的便是宗教信仰，宗教信仰的教义往往是影响宗教信仰者的世界观。爱因斯坦曾在《科学和宗教》一文里这样说过：“科学没有宗教就像瘸子，宗教没有科学就像瞎子。”[2]当今世界范围内，无论是物理学家还是哲学家都广泛的讨论了由现代物理学引起的经典物质观的转变。这种转变似乎都朝着一个方向，那就是现代物理学的众多思想与中国古老的“易道”世界观的一致性。也许，科学与信仰之间并不是矛盾的，它们彼此存在着某种和谐性。
一、“易道”基本世界观
在中国的思想史中，儒学和道家思想占统治地位。而这两个学派的共通点就是都将《周易》作为传播自己思想的教材。《周易》不仅是儒学五经之首，同时也是道家三玄之一。可见，《周易》所蕴含的世界观思想的影响十分强大。《易经》和《易传》合称《周易》。虽然《周易》全文很短，叙事简练，却博大精深，是信息宝库。
1.《易经》象与数的解析
“易道”对于世界观的表述，是通过“卦”以及构成“卦”的“爻”所象事物以及所象事物的位置次序来完成的。
《易传》常以象、数来共同解释《易经》。“象”主要有两种。第一种是“卦象”，包括卦位和六十四卦所象事物的位置关系。第二种是“爻象”，就是构成每一卦的阴、阳两爻所象的事物。“数”主要分两类。第一类是“阴阳数”，《易经》规定“奇阳偶阴”[3];第二类是“爻数”，指的是爻位，用来表示事物的位置关系。
2.阴阳对立与统一
《易经》的最初结构和核心思想就是通过阴阳两类事物的对立与统一来看事物的发展与作用。而每一类事物的内部也有阴阳两种性质，事物是由阴阳相生相克构成，事物的发展是阴阳对立与统一的作用。阴阳是不可分的统一体。庄子认为“易以道阴阳”，《周易》在认识上的意义就是将“道”分为阴与阳两种形式。老子认为的“道可道，非常道”表明“道”是抽象且模糊的，而《周易?系辞上》的“一阴一阳之谓道”[3]却使“道”从不可道的神秘感中走出来，因为“阴与阳”这对矛盾在运动的过程中就反映了发展的必然性和事物的普遍联系原则。
《周易》认为构成事物的基本元素是“阴阳”，根本方法是“阴阳”，本质内容还是“阴阳”[3]。用“阴、阳”这种对立与统一的属性来揭示天、人、地三者的对立与统一，强调“天人和谐”的发展规律。用“对立与统一”的方法对事物的变化发展做出“吉凶悔吝”等判断，以达到劝善惩恶，趋利避害的目的。
3.“天人和谐”的原则
《周易》预测的核心是将“天、人、地”这三才，“春、夏、秋、冬”这四象，“金、木、水、火、土”这五行，用数学方法将这三项代入公式中，来观测所得到的结果。由于人和宇宙世界是不可分割的整体，因而《周易》会利用人与自然的相互作用来做出“吉凶悔吝”的判断，这体现的就是“天人和谐”的思想[3]。
“易道”世界观强调人和自然之间的和谐性，即“天人合一”。《周易》强调人应该顺从自然，顺应天意，人与自然是统一的整体，不能将二者分开而言之。在“天人和谐”之中把握事物发展的规律，趋利避害。只有“天人和谐”才会不断向前发展。
二、“易道”世界观与现代物理学的契合
现代物理学的发展是科学技术最辉煌、最有影响的成就之一。相对论的出现，量子力学的创立以及量子场论的发展，从根本上改变了人们对世界的观念。出人意料的是，随着这些理论的逐步完善和发展，这些科学思想与“易道”世界观越来越呈现出和谐的关系。
1.“阴阳对立与统一”与“波粒二象性”
波粒二象性是指微观粒子既具有波动的性质，又具有粒子的性质，例如，光是以“量子”形式发射或被吸收的，但是当光的粒子在空间里传播时却表现为电场与磁场的振荡，它显示出波行为的所有特点。波粒二象性是一个理论框架，自然界的所有粒子都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解是波函数，这个波函数是用来描述粒子状态的。波函数也可以看作是描述粒子出现在特定位置的几率幅。这样微观粒子的波动性和粒子性就统一在一个解释中了。就任意一微观粒子而言，它表现究竟是波动性还是粒子性，取决于哪一性质的作用强。而且微观粒子的波粒二象性是可以转化的[4]。
如果用《周易》来解释“波粒二象性”，粒子的波动性和粒子性可以看成是“易道”里的阴性与阳性。二者对立，但是却可以在一定条件时相互转化。“卦”所指的就是量子力学所说的微观粒子。每一粒子所显示的波动性或粒子性，是由微分方程算出来的;尽管“卦”的阴阳没有微分方程那样深奥，但是同样也是通过数学的排列组合变化显现的。无论是量子力学的“波粒二象性”还是《易经》里的“阴阳对立与统一”都是通过数学方法来表述在不同时间、不同次序的粒子所显现的性质。
“易道”并没有波粒二象性这一物理学术语，但是通过其内涵的基本世界观思想，却可发现，在中国古代就可以很巧妙地将相矛盾的思想统一在同一个理论里。
2.“量子纠缠”与“天人和谐”
“易道”之所以可以相对准确地对人事做出“吉凶悔吝”的预测，是因为“易道”是根据天地自然之中存在的规律和必然联系做出的判断。“易道”将人与天地，与万物，乃至与整个宇宙都统一起来，人的发展不仅仅取决于自己，同时也与万事万物都紧密联系着。
在玻尔与爱因斯坦的三次论战之中，最为巅峰的便是爱因斯坦对量子力学的理论基础的不完备性。玻尔的量子纠缠理论是爱因斯坦认为玻尔量子力学最为荒谬的一点。他认为两个独立的粒子怎么可能在超越距离且没有联结的情况下彼此显现出预测好的性质。而且，这是不符合物理体系的可分离性。爱因斯坦与玻尔之争转向了量子力学属于定域性还是非定域性之争。近代美国物理学家约翰?弗朗西斯?克劳泽在他写博士论文时，无意在图书馆里发现了爱尔兰物理学家贝尔关于解决玻尔和爱因斯坦争论的实验论文。他开始着手做这个实验，但是实验结果却让始终坚信爱因斯坦的观点是正确的他十分郁闷。在测量了近百万对的粒子态势后，他发现果真如玻尔的预测一样，两个粒子即使超越了距离且彼此独立却仍然呈现彼此纠缠的态势。贝尔利用反证定域性理论不能重现量子力学的一切语言来证明了量子力学属于非定域性理论，以此说明量子纠缠所体现的整体性。
所谓量子纠缠，是指即使两个粒子在空间上被分开，而这两个粒子组成系统中依然相互影响的现象。就是说，两个粒子A和B，它们分别具有两种性质，这两个粒子的关系是：“只要A显示性质a，B就一定显示性质b”。无论这两个粒子所处什么位置，这个关系都存在。“纠缠态”是一种综合了两种独立情况，纠结而不可分割的状态。
量子纠缠这一理论虽然已被证实其正确性，但是产生这一现象的原因至今没有答案。这也许就说明宇宙是一个整体，宇宙世界冥冥之中都蕴含着某种规律和必然联系。自然的法则和社会的法则是永恒不变的。也许这个法则你讲不出为什么要遵守的原因，但是却必须需要遵守。
3.“量子场论”与“天然场论”
现代物理学与中国古老易学都将“变化”看成是自然界最本质的东西。“易道”对于体现事物内部和谐运动的力所做的描述，在量子场论看来是十分贴切的。粒子间的力被看成是粒子所固有的动态模式的体现。在量子场论中，场被看作一切粒子相互作用的基础。粒子的存在和消失，只是场的运动形式而已。
原先的物理学家把世界想象成物质与能量。物质由粒子构成，能量存在于场。场与粒子的相互运动，引起粒子的运动。量子场论是研究量子场的结构、运动及其相互作用规律的物理理论。量子场论的任务，是描述相对论性粒子之间相互作用和相互转化的规律性。量子场论是量子力学与经典场论的结合。量子场论建立起统一的观点，认为宇宙是量子的大型繁殖场和战场，每个事物都被看成是相互作用的自然统一场，物质实在是由量子组织交换而成。自然法则不是强加在事物之上，而是一种内在的存在。
八卦卦象所描述的宇宙统一天然场框架象征的事物，是由于事物内部相互吸引相互排斥，发生变化所形成的。正如《老子》里的“万物负阴而抱阳，冲气为和。”[5]体现了，在宇宙的天然场中，万物都通过阴阳相互作用产生。“负阴抱阳”才能“冲气”，而冲气的结果就是“和”。“和”才能保证事物的存在与发展永续进行，如果“和”与“阴阳”绝离，事物就不复存在。量子场论中的真空，在《周易》里便是“道”，基本粒子便是由“道”分解衍生出来的阴阳卦象。粒子的运动，就是阴阳相生相克的发展。量子场论中的力，便是“易道”对立统一的联系。在量子场论中，正是通过真空中正“阳”负“阴”能量的涨落，提供能量大“阳”小“阴”来描述粒子的生成、变化和湮灭。《周易》的宇宙天然场论与量子场论之间是彼此相通的。
三、结论
