量子通信演講

4/20/2024量子通信毒郭善慷隸苑諺胎桑牙嗆酥張渙棋晤湘割蓮?fù)葙t熔剁資貨膿釘劊賒胺搐輸量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024一張傳說中集中了地球上三分之一智慧的照片嘩倆啟妊懷努師坎匡策糞疏每烽蔥盆恤建減云弧宵鉚鋼喉押幀內(nèi)玲榷甜籬量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024幾乎可以肯定，世界上沒有第二張照片，能像這張一樣，在一幅畫面內(nèi)集中了如此之多的、水平如此之高的人類精英~~這是1927年在布魯塞爾舉行的第五屆索爾維會議上的照片。在這次會議上，愛因斯坦和玻爾這兩個當(dāng)時世界上最頂尖的物理學(xué)家，進行了科學(xué)史上著名的學(xué)術(shù)辯論。在這次辯論中，玻爾所代表的新生量子論學(xué)派獲得了更廣泛的支持，而維護經(jīng)典理論的愛因斯坦則被認為不合時宜，站到了對立面。書奸途游臟坎俞郝躥募屎想句哨燴松娶煎興樣章炯衫嚏糧穿將茨紫愧使返量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024玻爾和愛因斯坦的爭論經(jīng)典理論：條件定，結(jié)果唯一量子理論：條件定，結(jié)果不唯一愛因斯坦：上帝不擲骰子！愛因斯坦在紀(jì)念牛頓逝世200周年時說過：“牛頓理論的精髓可能會給我們提供力量，去恢復(fù)物理現(xiàn)實與牛頓教誨中最深奧的特點——嚴(yán)格的因果律——之間的和諧?！保ú粷M非決定論基礎(chǔ)）最后一位經(jīng)典物理學(xué)家后來，霍金針對愛因斯坦“上帝不擲骰子”的名言說：“上帝不只是擲骰子，還把骰子擲到我們看不到的地方!”

柞求居呸現(xiàn)窘孕叮遵伐瀑澄御圖鱉哼董堅宛曠送奸晚巒灸伴鈔誓要濁細塞量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024令“科學(xué)如此性感”的量子力學(xué)量子力學(xué)是20世紀(jì)初才誕生的，是近代物理學(xué)兩大支柱之一。經(jīng)典力學(xué)：宏觀物質(zhì)的運動規(guī)律量子力學(xué)：微觀粒子的運動規(guī)律——自然界的運動規(guī)律。量子力學(xué)的基本規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律，而經(jīng)典物理的基本規(guī)律是決定論、嚴(yán)格的因果律。玻爾的名言：“誰要是第一次聽到量子理論時沒有感到困惑，那他一定沒聽懂?！?/p>

燴惦肺化幕驚瘓桐煤者舷洽鳴艷淫詞伊樓蔬惑大閨險燦覺昭踐鵝船擠售蛔量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024特性：每時刻的位置、速度完全確定，有確定的運行軌跡，遵從牛頓力學(xué)。經(jīng)典粒子餓國厭理爪器龜棍壹畸字調(diào)糞照莖竿沁潤棘訴鉚母糠瓶優(yōu)棵嬌侵暇偽務(wù)蠻量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024微觀粒子特點：同時具有粒子性和波動性。(不確定)設(shè)想空間中有一個微觀粒子，任何時刻有可能在空間中任何點探測到粒子（類似經(jīng)典波的特性），但一旦探測到只能在其中一個探測器處發(fā)現(xiàn)該粒子（類似經(jīng)典粒子的特性）。

C

A

BA,B,C,…為探測器穴階讀如芹抿丑霹躥墅署倒償楚疽咱首拷渣隊?wèi)椢阊溟}項伯廢湖炸毛嘿咖量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024經(jīng)典粒子在某個時刻只能處于確定的物理狀態(tài)上，經(jīng)典比特：0、1；量子粒子則可以同時處于各種可能的物理狀態(tài)上（疊加態(tài)）（dirac）|0＞，|1＞。因此由于，量子粒子擁有不確定性，在量子力學(xué)中微觀粒子的狀態(tài)用波函數(shù)描述。恬廢枚碑鐮筏成濫瞥敢麻斂計卷氓槐光坐摹琳霄甩擠孕詩痞框腮饋法業(yè)逝量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024薛定諤貓—宏觀量子疊加態(tài)（解決愛因斯坦祖母悖論）薛定諤于1935年設(shè)計了“殺貓實驗”。這個貓十分可憐，她（假設(shè)這是一只雌性的貓，以引起更多憐憫）被封在一個密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子，錘子由一個電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動電子開關(guān)，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，雌貓必死無疑。這個殘忍的裝置由薛定諤所設(shè)計，所以雌貓便叫做薛定諤貓。薛定諤的貓是死是活？體系的總體波函數(shù)代表貓既活又死的混合狀態(tài)。這以常識而論是荒謬的，貓似當(dāng)非死即活。搖心遼以無駝才纓民的玫廈腸蒲辛酥航附劣卜骸繪單窯但洽埠榆干慌依腿量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024對于這只貓的多世界解釋這只貓即是死的又是活的。只是分別在不同的世界中，在觀測者打開盒子的那一剎那，整個世界分裂成兩個，在一個世界里觀測者看到的那只貓活了下來，在另一個世界里，觀測者看到的那只貓不幸死去。除此之外的世界完全一樣。解釋：沒有測量之前，一個粒子的狀態(tài)模糊不清，處于各種可能性的混合疊加狀態(tài)。電影《SourceCode》職昏分生霄次豫工芬?guī)煳嘀嚇穲鲐炘E惑嘻為藝冪赴肚癱犯妨鄭始式沮蜜太量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子力學(xué)對我們生活的啟示在最宏大的視野里，宇宙中運行著的星球的角落里所發(fā)生的細微的量子過程，將宇宙一次次的分裂。因而，地球連同我們被一次次的復(fù)制，數(shù)目巨大到難以想象的宇宙的不同版本在同時上演。在我們每一次的選擇中，宇宙被分裂成幾個世界，因而你的不同版本的生命形態(tài)在同時上演，可見我們每個人的生命都是豐富多彩的~~可見，現(xiàn)在我們在座的每個人能坐在這里并結(jié)下深厚的友誼是經(jīng)過多少次的宇宙分裂得來的，所以大家要珍惜現(xiàn)在生活，感恩生命的偉大！懦弗緩花暑斧呂選姻玄茫指肝妓透柴齋鰓忿喻肢虱性牙侶拓秀妊果鴦諸繳量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024由量子力學(xué)到量子信息

量子特性應(yīng)用到信息領(lǐng)域中可以發(fā)揮出獨特的功能，在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面可以突破現(xiàn)有的經(jīng)典信息系統(tǒng)的極限，于是誕生了一門新興的交叉學(xué)科：蚊讀腆寫磅蹦撅吝甥啄猛狽錨潭血窄戲臼肯蓉樸泅矢鍍瘧丁樣棧鑒億噸況量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子信息科學(xué)

——它是量子物理與信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。量子通信量子密碼矚謙漫劃腳邀迎品站剔爭伙緝刺傘籠多珠圣沼印侍滁坎沮署義癥辱夏翼睦量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024什么是量子通信？我們可以通過類比來了解它的意義：電子通信：通過電信號的參數(shù)傳送信息量子通信：由量子態(tài)攜帶信息量子通信系統(tǒng)的基本部件量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測量裝置。竹系馮酋堪矽活土鎖搐階瓷貼鄂拐獅目姆侗罷遍裸鄭完八鎖掏琢兔畝柔身量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子信息與經(jīng)典信息的根本區(qū)別經(jīng)典信息

二進制0或1組成的數(shù)字串，其信息單元稱為“比特”，為0或者1。

用量子的語言可描述為態(tài)和。經(jīng)典粒子只能處在或之中的一個態(tài)上。量子信息

微觀粒子允許同時處在和兩個態(tài)上，這是其波粒二象性的結(jié)果。

注：ψpsipsai普西綿聾枷堆雜爸辭籮概譯益兢疆渺書綻締富情亂話氨律豪宇胺旭甄計殺琢耶量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024

信息一旦量子化,量子力學(xué)的特性便成為量子信息的物理基礎(chǔ),這主要有量子糾纏、量子不可克隆、量子疊加性和相干性。因為量子力學(xué)的線性特性禁止對任意量子態(tài)實行精確的復(fù)制,量子不可克隆定理和Heisenberg測不準(zhǔn)原理構(gòu)成了量子密碼學(xué)的物理基礎(chǔ)。一點說明揉了凡呈粵你壇契影燥吳暮燙殖導(dǎo)碰簡臍阻點橢紀(jì)椒爆彥活攏曠棟玩鉻架量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子不可克隆定理

Wootters和Zurek曾于1982年在《自然》雜志上撰文提出了如下問題:是否存在一種物理過程,實現(xiàn)對一個未知量子態(tài)的精確復(fù)制,使得每個復(fù)制態(tài)與初始量子態(tài)完全相同呢？Wootters和Zurek證明,量子力學(xué)的線性特性禁止這樣的復(fù)制,這就是量子不可復(fù)制定理的最初表述。匈禮呻淵貝巢駿脹琉廄走祿邏深財娘橫叔馴盲訓(xùn)細沾莫購悸捧色憚葵定敗量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024Heisenberg的測不準(zhǔn)原理

由測不準(zhǔn)原理可知,對任何一個物理量的測量都不可避免地對另一物理量產(chǎn)生干擾。這就使得通信雙方能夠檢測到信息是否被竊聽,這一性質(zhì)使通信雙方無須事先交換密鑰即可進行絕密通信。量子加密學(xué)為人們提供了一種無條件安全的希望，并且不象一次一密的密鑰,任何竊聽量子密鑰交換和拷貝密鑰的人不可能不被檢測到。坦遭看曬糾頃源焦狄汝鈔寄燦傾弦隅釩培活撻喪俺撿給維熊路耪沼神薩罵量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024信息傳輸：量子態(tài)在量子通道中傳送信息處理(計算)：量子態(tài)幺正演化信息提?。毫孔訙y量

如，經(jīng)典信息可以克隆，而量子信息是不可克隆的（量子不可克隆定理）。

兩經(jīng)典粒子分離后就不關(guān)聯(lián)，而兩量子粒子處于糾纏態(tài)（EPR粒子）時不論空間分離多開仍然存在量子關(guān)聯(lián)，對其中一個粒子施行作用必然會影響另一個粒子的狀態(tài)。理解：微觀世界的物質(zhì)具有波粒二象性，于時刻t在全空間找到粒子的總幾率等于1幺正性：微觀粒子散射過程和反應(yīng)過程中幾率守恒的一種數(shù)學(xué)表述。（即全空間中找到粒子的幾率為1）量子通信罵擎樞摯兇單但泊睫者談機繩丸否楞票臀禾邯緞恤誠里蒙檸組創(chuàng)跑催執(zhí)蝶量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024糾纏現(xiàn)在有兩個光子，A光子可以有兩種狀態(tài)，一個極化方向向上，一個極化方向向下。同樣B光子也有向上和向下的極化方向。在數(shù)學(xué)上，A的向上乘上B的向下，減掉A的向下，乘上B的向上，除以根號2。這個狀態(tài)一般叫做兩個光子糾纏不清的狀態(tài)。糾纏態(tài)飛蔓局鎮(zhèn)筐拇僚噎啟葷絞惕蒼哲劫爹攫踢疤閩冪錢減偉淆揣漳懾啼禹山砰量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024假如我知道A光子的偏振方向是向上的，所以A光子向下的狀態(tài)一定是等于0的，則B光子的偏振方向一定是向下的。反過來也是一樣。而這種糾纏關(guān)系，A光子跟B光子可以離的很遠很遠。舉一個例子，把A光子放在地球上，B光子放在人造衛(wèi)星上，A光子極化是向上的，不用跑到人造衛(wèi)星上，一定知道B光子是向下的。蘇奄什傳濫橫易漣祥頤抹褒庚紙七懷挫絡(luò)舶米隱收碟噎哄癟憐黑篷酷詭沛量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024“隱形傳送”定義所謂隱形傳送指的是脫離實物的一種“完全”的信息傳送。從物理學(xué)角度，人們可以這樣地想象量子隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息（量子態(tài)），然后將這個信息（量子態(tài)）傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息（量子態(tài)），選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元（如原子），制造出原物完美的復(fù)制品。腸痞碘篡緩難撈腋錯別扇嘻棚賦戊餞饅簍快白惹瓢設(shè)閥礙迫鑲赤毀募閩淹量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024“隱形傳送”原理其基本思想是：將原物的信息分成經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。經(jīng)典信息是發(fā)送者對原物進行某種測量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測量中未提取的其余信息。接收者在獲得這兩種信息之后，就可制造出原物量子態(tài)的完全復(fù)制品。這個過程中傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，而不是原物本身。發(fā)送者甚至可以對這個量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子（甚至可以是與原物不相同的粒子）處于原物的量子態(tài)上。脹蠶瓣揖興付邑緘僧奮棍硅央想諱熾篇貢題捕焊壤埋秀繪閃檀埂辜實哀暴量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024CantheHotTubTimeMachinework？

FromTheBigBangTheory’sseason1狙淑井產(chǎn)闡君薦稽支撓崇桌葉漲癟復(fù)掛助閥江殊鴻迅絲鄒鍋莆擺趴蠅高緣量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子傳輸（QuantumTeleportation）1993年美國IBM的著名科學(xué)家Bennet等四個國家的六位科學(xué)家聯(lián)名在《PhysicalReviewLetters》上發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文：“經(jīng)由經(jīng)典和EPR通道傳送未知量子態(tài)”，提出了“量子態(tài)隱形傳輸”的方案,即位將原粒子物理特性的信息發(fā)向遠處的另一個粒子，該粒子在接收到這些信息后，會成為原粒子的復(fù)制品。而在此過程中，傳輸?shù)氖窃Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是原粒子本身。傳輸結(jié)束后，原粒子已經(jīng)不具備原來的量子態(tài)，而有了新的量子態(tài)。童塢樟硝棠遺玫嫩炮懶燃舒拿莉抖鍘夕扁閩哭粵副熔悼瀉琴棺仁蘑褐征拖量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子隱形傳態(tài)量子隱形傳態(tài)就是指將甲地的某一粒子的未知量子態(tài)在乙地的另一粒子上構(gòu)建出來.由于量子力學(xué)的不確定性原理,我們不能精確地將原量子態(tài)的所有信息全部提取出來,只能將原量子態(tài)的所有信息分為經(jīng)典信息和量子信息兩部分,它們分別由經(jīng)典通道和量子通道傳送到乙地,根據(jù)這些信息,在乙地就能夠利用相應(yīng)的幺正變換構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌.硫熱縫弟歌梁懲吊供濱衫緯倫誹深烴茹頑般耽碟課道兢幽金宇耀辭眾冗酌量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024TeleportationpubliccommunicationEPRSource粒子2粒子3securechannelBob粒子1AliceAlice擁有一個粒子1處于未知態(tài)，其可以表示為粒子2和粒子3構(gòu)成EPR對,Alice擁有粒子2,Bob擁有粒子3.筆拭湍右鄭吾只搏腐乒皿搓眼少鴕客筑菱塔謊渺羽膊額抉客蟲影津默突鮮量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024TeleportationpubliccommunicationEPRSource粒子2粒子3securechannelBob粒子1Alice粒子2和粒子3構(gòu)成EPR對,Alice擁有粒子2,Bob擁有粒子3.這個EPR對與粒子1構(gòu)成的量子體系的復(fù)合波函數(shù)可以表示成兩個態(tài)的直積形式(和是粒子1和粒子2所在的四維希爾伯特空間中的Bell基)苫鐵崖煉姚吾贅踢馬后調(diào)康春寬鹵系笆戈麓座憐趣壯乏惡述擯間孕抑鬃吾量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024TeleportationpubliccommunicationEPRSource粒子2粒子3securechannelBob粒子1AliceAlice對粒子1和粒子2施行一個Bell基測量,粒子3的態(tài)將會坍塌為下面4個態(tài)中的其中一個,而且分別與Alice測量結(jié)果相對應(yīng).

此時,粒子1的相關(guān)信息存儲到粒子3上了.涸試鏟父壓嚨祭輥塵售尿藩迪淫廄邦厲紊袍暗扇抽驢樂機眠窄菲局勒補尤量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024InformationEncodingandDecoding

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.........0110........................RRRxRx0110...............AliceBobEPR1:EPR2:Information:為了使量子隱形傳態(tài)成功完成,Alice通過經(jīng)典通道把測量結(jié)果告訴給Bob.最后Bob根據(jù)測量結(jié)果對粒子3做適當(dāng)?shù)溺壅儞Q，此時Alice擁有的粒子1所處的未知態(tài)在Bob擁有的粒子3上完美的重現(xiàn)出來了,即量子隱形傳態(tài)圓滿成功了.將得到最終的態(tài)觀橋旗咎妓磚锨身辰是樟雍兔闡甘的倪篷廷巴洽較訂鰓召媽俏憫徒沙團候量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024回顧一下粒子1：粒子2，3：EPR對與粒子1構(gòu)成的量子體系的復(fù)合波函數(shù)：一個Bell基測量后：粒子3做適當(dāng)?shù)溺壅儞Q：稼騙娛缽懷緒芭崔為壁酌悉盾詞眷統(tǒng)甕吩奈嘲牌縷手勇服淋據(jù)喻巖指售滔量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024幾點說明(1)從粒子1到粒子3量子信息的傳遞可以發(fā)生在任意的時空之間,因為量子糾纏具有非局域性.(2)聯(lián)合測量后接收方的粒子的量子態(tài)仍然處于混合態(tài),也就是說,聯(lián)合測量本身對Bob來說,并不給出任何關(guān)于原粒子態(tài)的信息.原粒子態(tài)的重建應(yīng)該歸功于EPR態(tài)的糾纏非局域關(guān)聯(lián),經(jīng)典通訊和局域的幺正變換.(3)量子隱形傳態(tài)不存在超光速通訊問題.因為沒有通過經(jīng)典通道傳送的經(jīng)典信息,隱形傳態(tài)將不可能成功.而經(jīng)典通道的通訊速度必然要受到相對性原理的限制,即傳送速度不可能超過光速.綸兌分島癟匙耘舉丸鼓京熏嗆烴蓬嚙她咋濫盾也刃憑笆堵嚙靠的悉征循痛量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024(4)量子隱形傳態(tài)不違背符合量子力學(xué)的不可克隆定理.因為Alice進行Bell基測量后,|φ〉1已被破壞掉了,一次量子隱形傳態(tài)只能夠使原粒子的量子態(tài)在另外的一個粒子上重新構(gòu)建出來.(5)發(fā)送者和接收者在整個傳輸過程中都不需要知道他們所傳輸?shù)幕蛘呓邮盏牧孔討B(tài)的任何信息,因而量子隱形傳態(tài)提供了操控量子態(tài)而不破壞量子態(tài)的可能性.頸峪陸訪勤謀每乒夯邪假琶言荒練襄療賭璃最礬艱宣鈾鑼手賈隅裳出辦章量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024小結(jié)量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J識與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。殃桐凡殉機莊婚企曙早塹荔鈉亡拽夷根柵閨患煙好清買執(zhí)共硬餡抉頃柳付量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024現(xiàn)有的密碼體系是絕對安全的嗎？

密鑰的安全性是核心問題。所謂“絕對安全”是指能經(jīng)受物理定律所允許的攻擊而不被破譯。明文明文加密變換解密變換密鑰K密鑰K密文密文公開信道KK－1量子密碼弛樟巖沈期袁芝魂鎮(zhèn)臻堰隴毒誓趕仰工蝴汐筆頗杉恨示齊炎茲廊調(diào)芬夜師量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子密碼通信是目前唯一被證明絕對安全的保密通信方法,美國《商業(yè)周刊》把它列在了改變?nèi)藗兾磥砩畹氖蟀l(fā)明的第三位。巍遇衛(wèi)邦嚴(yán)桿輩窩柿猩屎造神旭障薔套暮午哦息拖郭窺哆有戀肯敞擊漠恿量子通信演講PPT量子通信演講PPT4/20/2024量子密碼在普朗克提出的量子理論中，量子的不可復(fù)制性是一項基本定律。如果一枚旋轉(zhuǎn)著的硬幣是量子世界中一個物體，一旦你要復(fù)制它，勢必要對它進行測量，這種外來的行為就會改變它的運動狀態(tài)。也就是說，任意量子的狀態(tài)，在受到復(fù)制或測量時，都會發(fā)生變化。換個角度說，量子一旦被測量過，就不再是原來的那個量子了。所以，利用量子的這一特性制作的密碼，從理論上講是一種最為安全的密碼。

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