量子通信的特点及应用.ppt

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1、量子通信技量子通信技术发术发展及展及军军事事应应用前景用前景一、量子通信的概念一、量子通信的概念（一）、从（一）、从物理物理学的角度学的角度，量子通信可以被理解量子通信可以被理解为在在物理极限下，利用量子效物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。的高性能通信。（二）、从（二）、从信息学信息学的角度的角度，我我们则认为量子通信是利量子通信是利用量子力学的基本原理用量子力学的基本原理（如量子（如量子态不可克隆原理不可克隆原理和量子和量子态的的测量塌量塌缩性性质等）或者利用量子等）或者利用量子态隐形形传输等量子系等量子系统特有属性，特有属性，以及量子以及量子测量的方法来完量的方法来完成两地之成两地

2、之间的信息的信息传递。一、量子通信的概念一、量子通信的概念(一一)信息效率信息效率高高量子信道中光量子量子信道中光量子的信息效率比的信息效率比经典典信道中光子的信息信道中光子的信息效率要高几十倍效率要高几十倍。二、量子通信的特点二、量子通信的特点(二二)信噪比低信噪比低 在同等条件下在同等条件下,量子量子通信通信获得可靠通信所得可靠通信所需信噪比需信噪比比一般通信比一般通信低低很多很多。二、量子通信的特点二、量子通信的特点（三三）、非局域性）、非局域性量子量子隐形形传态非局域性非局域性,且且与与传播媒播媒质无关。在无关。在对量子量子纠缠对中的一个光量子中的一个光量子进行行操作的同操作的同时,另

3、外一个另外一个处于于纠缠态的量子的的量子的态也会也会发生生相相应的的变化化,这说明作明作为信信息息载体的物理量子本身并没体的物理量子本身并没有被有被传送送,所送的是量子的所送的是量子的态。二、量子通信的特点二、量子通信的特点（四四)、具有窃具有窃读可知可知性性,通信保密性好。通信保密性好。根据量子不可克隆的特点根据量子不可克隆的特点,信息的量子比特或量子位一信息的量子比特或量子位一经检测就会就会产生不可生不可还原的原的改改变。用量子位。用量子位传递加密信加密信息若在到达息若在到达预定接收者之前定接收者之前途中被窃取途中被窃取,预定接收者肯定定接收者肯定能能够发现。二、量子通信的特点二、量子通信

4、的特点（五五)无无电磁波磁波辐射射,通信通信隐蔽蔽性好。性好。量子通信是没有量子通信是没有经典意典意义上的上的电磁磁辐射射的的,无无论现有的无有的无线电探探测系系统性能如何先性能如何先进,对量子通信量子通信这种完全种完全电磁静默的通信目磁静默的通信目标是无是无能能为力的。力的。二、量子通信的特点二、量子通信的特点特点应用决定量子通信众多的特点决定了它的广泛用途，尤其在军事领域。三、量子通信的三、量子通信的应用用（一）（一）军事信息系事信息系统中的中的应用用1、军事信息系事信息系统需要高速率、大容量需要高速率、大容量传输处理及按需共理及按需共享能力。享能力。量子技量子技术的信息的信息传输处理与理

5、与计算能力是算能力是经典通信无法比典通信无法比拟的。量子通信的超大信道容量、超高通信速率和特高的信的。量子通信的超大信道容量、超高通信速率和特高的信息高效率息高效率,正好能正好能满足足军事信息系事信息系统的特殊要求。的特殊要求。三、量子通信的应用2、军事信息系事信息系统需要高需要高效的指效的指挥控制能力。控制能力。量子特性在提高运算量子特性在提高运算速度和增大信息容量等方面速度和增大信息容量等方面,可突破可突破现有有经典信息系典信息系统的的极限极限,满足高效控制指足高效控制指挥及及决策的需要。决策的需要。三、量子通信的应用3、军事信息系事信息系统需要有极需要有极强的信息分析的信息分析综合能力。

6、合能力。基于量子基于量子态叠加理叠加理论,可以用量子叠加方式来可以用量子叠加方式来处理信息理信息,可在几分之一秒内可在几分之一秒内实现1000位数的因式分解位数的因式分解,这不不仅使使经典密典密码无密可保无密可保,而且可而且可实现对侦察情察情报数据的数据的实时分析与分析与综合合,完全完全满足足军事信息系事信息系统对信息分析信息分析综合合及决策的需求。及决策的需求。三、量子通信的应用(二二)用于用于隐蔽通信蔽通信 通信通信隐身的关身的关键之一是要降低之一是要降低电磁磁辐射射,而而经典通信典通信都要依靠都要依靠电磁波来磁波来传输信号信号,特特别是是远程无程无线通信需要通信需要辐射很射很强的的电磁波

7、磁波,即便是激光通信即便是激光通信,尤其是空尤其是空间激光通信激光通信,也要也要辐射很射很强的光波的光波,这就破坏了通信就破坏了通信隐身条件。但光量身条件。但光量子通信既无子通信既无电磁波磁波辐射射,也无也无强光波光波辐射射,这就就为通信通信隐身身提供了提供了电磁静默磁静默环境。境。敌方无从知方无从知晓是否在通信以及通信是否在通信以及通信者的位置者的位置,使通信真正使通信真正实现了了隐蔽蔽三、量子通信的应用1、光量子密光量子密码具有窃具有窃听可知听可知性性这一特性将使网一特性将使网络信息安全信息安全出出现划划时代的革命代的革命,而且光而且光量子加密量子加密设备可与可与现在的光在的光纤通信通信设

8、备融合融合,制成目前制成目前光光纤通信的通信的换代端机代端机,用此用此来改来改进目前目前军用光网信息用光网信息传输保密性保密性,从而提高信息保从而提高信息保护能力。能力。(三三)用于信息用于信息对抗抗三、量子通信的应用2、绝对安全的密安全的密码和和传输手段手段。光量子通信没有光量子通信没有电磁磁辐射射,也没有也没有强光光辐射射,敌方方难以截以截获和破坏我和破坏我方密方密码,从而确保从而确保了信息了信息传输的安的安全。全。三、量子通信的应用(四四)用于用于对潜通信潜通信 量子量子通信是一种不同通信是一种不同于于传统波通信的新概念通波通信的新概念通信信,与其他与其他传统通信技通信技术相相比比,在在

9、对潜通信上有一些特潜通信上有一些特殊的殊的优点。在同等条件下点。在同等条件下,量子通信量子通信获得可靠通信所得可靠通信所需的信噪比比其他通信手需的信噪比比其他通信手段要低段要低30到到40dB左右左右。三、量子通信的应用（一）国内（一）国内发展展现状状1995年，中国科学院物理所首次以年，中国科学院物理所首次以BB84协议方案在国方案在国内完成了演示内完成了演示实验。2000年中科院物理研究所和中科院研究生院合作完成了年中科院物理研究所和中科院研究生院合作完成了国内第一个国内第一个850nm波波长全光全光纤1.1km量子保密通信量子保密通信实验。2003年，中国科学技年，中国科学技术大学中科院

10、量子通信重点大学中科院量子通信重点实验室室成功地在校园内成功地在校园内铺设了了总长为3.2km的量子通信系的量子通信系统。2005年中国科学技年中国科学技术大学郭光大学郭光灿院士院士领导的科研小的科研小组，通通过现有光有光缆线路在北京和天津之路在北京和天津之间实现了了125km量子量子通信原理性通信原理性实验。四、国内外四、国内外发发展展现现状状（一）国内（一）国内发展展现状状2006年中国科学技年中国科学技术大学潘建大学潘建伟教授教授领导的科研的科研小小组，利用，利用纠缠光子光子对实现了不受外界干了不受外界干扰的量子的量子密密码传输。2007年年3月，郭光月，郭光灿小小组在北京网通建立了有在

11、北京网通建立了有4个个用用户的量子密的量子密码通信网通信网络，用，用户间最短距离最短距离32km，最，最长距离距离42.6km。四、国内外发展现状2008年年10月，潘月，潘建建伟小小组构建了基构建了基于商用光于商用光纤和和诱骗态相位相位编码的的3节点量子通信网点量子通信网络，节点点间距离距离20km，实现了了实时网网络通通话和和3方方对讲功功能能。（一）国内（一）国内发展展现状状四、国内外发展现状（二）国外（二）国外发发展展现现状状1、美国、美国美国美国于于2012年年发发展展了了一套可行的一套可行的带带有足有足够够复复杂杂度的量度的量子子计计算技算技术术,以其充当量子以其充当量子计计算算检

12、测检测平台的功能平台的功能,在在这这个个平台之上去探索量子平台之上去探索量子计计算机的构建及算法等算机的构建及算法等问题问题。布什布什总统总统又在又在2006年年1月月31日的国情咨文中宣布了美日的国情咨文中宣布了美国国竞竞争力争力计计划划(ACI)。在。在该计该计划中第划中第4项项就是突破技就是突破技术术障碍障碍,实现实现量子信息量子信息处处理技理技术术的的实际应实际应用用。四、国内外发展现状（二）国外（二）国外发展展现状状 2、日本、日本 2000年年,日本将量子通信技日本将量子通信技术作作为一一项国家国家级高技高技术列入开列入开发计划划,10年内投年内投资400多多亿日元日元,主要研究光

13、量子密主要研究光量子密码及光量子信息及光量子信息传输技技术。日。日本本邮政省的目政省的目标是是,在在2020到到2030年前后使量年前后使量子保密通信网子保密通信网络和量子通信网和量子通信网络技技术达到达到实用化用化的水平。的水平。四、国内外发展现状（二）国外（二）国外发展展现状状 3、欧洲等国、欧洲等国 欧洲欧洲也成立了以英国、法国、德国、意大利、也成立了以英国、法国、德国、意大利、奥地利和西班牙等国在内的量子信息物理学研究奥地利和西班牙等国在内的量子信息物理学研究网。网。这是是继欧洲核子中心和航天技欧洲核子中心和航天技术的国的国际合作合作之后之后,又一大又一大规模的模的针对科技重大科技重大

14、问题的国的国际合作合作,并于并于1999年建立了集中年建立了集中12个研究个研究项目的国目的国际财团。四、国内外发展现状五、五、给给我我们们的启示的启示量子技量子技术若若能及能及时地开地开发、集成由量子技、集成由量子技术基基础研究所萌生的新技研究所萌生的新技术,我我们就就有能力有能力实现我我军相关装相关装备从跟踪到超越的跨越式从跟踪到超越的跨越式发展。量子展。量子通信技通信技术的的实用化研究用化研究刚刚起步起步,我我们应抓往抓往这一机遇一机遇,采取有效的方法采取有效的方法,运用科学的运用科学的组织方式方式,投入相投入相应的研究的研究经费,推推动我国我国军事量子通信技事量子通信技术的研究向的研究向纵深深发展。展。谢谢！