量子通信和量子计算机(Quantum communication and quantum computers)

内容纲要

光的波粒二象性

波粒二象性-维基百科
波粒之争-维基百科

波动说

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微粒说

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波粒之争

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光的波粒二象性的确定及量子力学大门的开启

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神奇的单光子双缝干涉及其衍生版本**

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单光子的双缝干涉实验结果使用经典物理理论已经无法解释,通过此实验我们必须接受一个设定:量子会表现出一种同时拥有两种状态的性质,我们称之为叠加态,比如在这个实验中光量子同时通过了b缝和c缝。此外量子还具有其他一系列类似的特征:自旋,位置,

量子力学的量子态

薛定谔的猫与《三体》

薛定谔的猫仅仅是一个思想实验,所提到的实验设置并没有实际建成,但是很多设计类似原理的实验已经成功完成,并且已经从微观尺度发展到宏观尺度。
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但是在小说三体中,刘慈欣将其引入宏观世界:在有意识的观察者时,射击百发百中,闭上眼睛时,则无论怎么样都无法打中。

量子通信

量子加密通信,是指在多个通信节点间,利用量子密钥分发进行安全通信的网络。量子通信仅仅使用量子进行秘钥分发而不是直接使用量子进行信息的传输,实际的信息的传输还是在传统的信道中。量子秘钥分发可以保证秘钥是绝对安全的,使用绝对安全的秘钥对传统信道进行加密可以保证传统信道的信息安全。

传统ssl秘钥分发及其缺点

传统https的秘钥分发是使用非对称秘钥的原理生成随机的对称秘钥

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传统光纤通信会产生的安全问题:

  • 旁路窃听:bob在光纤上开一个小口,可以在探听到光纤通信信息的情况下不影响通信双方
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  • 拦截窃听:将光纤切断,eve将信息接受后再转发给bob,甚至将信息进行篡改后发送给bob
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量子秘钥分发

量子秘钥分发通常使用光子来制备量子比特,因为光子可以在光纤中传播。
量子秘钥分发相比传统ssl的安全性

  • 不确定性原理:测量一个未知的量子态会以某种形式改变该量子的状态。这导致无法进行旁路窃听
  • 量子的不可克隆:不可克隆原理(No-cloning theorem)是量子物理的一个重要结论,即不可能构造一个能够完全复制任意量子比特,而不对原始量子比特产生干扰的系统。这导致无法拦截窃听

量子秘钥分发有多种实现的方式,但是主要分为两类:

  1. 基于制备和测量的协议:BB84协议,B92协议
  2. 基于纠缠的协议:E91协议

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bb84协议

bb84协议维基百科解释的很好,没有一句废话
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量子通信的发展

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墨子号

墨子号是使用量子纠缠进行秘钥分发,并且克服了大气层传输耗损及卫星与地球之间的相对运动偏差,证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性,为基于卫星中继的全球化量子通信网奠定基础。

量子计算机

shor算法

量子通信和量子计算机(Quantum communication and quantum computers)

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