量子通信是什么?

"绝对安全"的通信是千百年来人类的梦想之一,量子通信系统的问世,重新点燃了建造"绝对安全"通信系统的希望。那么,究竟什么是量子通信呢?目前,量子通信尚无严格的定义。物理上,量子通信可以被理解为在物理极限下,利用量子效应实现的高性能通信。信息学上,则认为量子通信是利用量子力学的基本原理(如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等)或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性,以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。     

应用诱骗态量子密码技术建立安全通信网络的实际应用测试

量子通信是量子物理与信息科学相结合的新兴产物。量子力学的基本原理保证了通信的绝对安全,从而将在本质上提升通信安全,其实用化和产业化也将给未来的通信产业带来一场革命。目前,实用化的量子通信在国际上的竞争非常激烈。本项研究在合肥实现了基于诱骗态方案的绝对安全的3节点链状量子通信网络,并进一步实现了全通型的星形量子通信网络。所实现的通信网络,在通信距离和通信速率上都处于国际领先水平,标志着我国在实用化量子通信领域已具备和欧美发达国家竞争的能力。     

量子通信

正量子通信(quantum communication)是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种通信方式,是量子论和信息论相结合的新的研究领域,主要涉及量子密钥分配、量子隐形传态和量子密集编码等技术。量子通信因其高效、安全的信息传输特性而成为量子物理和信息科学的研究热点。从1993年量子通信概念和量子隐形传送方案的提出,到1997年未知量子态远程传输的首次实现,到2006年超100公里诱骗态量子密钥     

固态光学微腔与量子体系相互耦合的调控及其量子器件研究

固态光学微腔与量子态组成的耦合量子体系,由于能够满足量子信息处理所要求的可扩展和可集成性,被认为是实现量子计算和量子通信的重要实验平台之一。目前该体系的研究主要围绕新型高品质光学微腔的制备、局域腔模与激子态或声子态的相互作用调控以及新型量子光电子器件的研发等方面开展。虽然该领域的研究取得了一些进展,但仍面临诸多挑战,例如量子点与微腔确定性共振耦合;光学微腔与量子态相互作用的多手段调控;多微腔共振耦合的集成与实用化的量子光源等。为了攻克这些挑战,本项目围绕"微腔与量子态的耦合"这一主题展开研究,旨在发展微腔与量子的相互作用理论,建立具有自主知识产权的数值模拟平台,同时研究高品质固态微腔的制备以及与量子体系的有效耦合调控手段,开发高性能微腔量子器件和量子芯片。     

基于人造规范势与光晶格中超冷原子气体的量子模拟

超冷原子体系由于其宏观量子特性和高度可调控性为人们提供了一种全新的量子体系,其新颖量子态和奇异物性的研究是国际上具有前瞻性和挑战性的前沿领域。超冷玻色和费米气体在人造规范势与光晶格中的拓扑和多体量子效应研究,不仅为精密测量和量子模拟提供了全新的视野,而且为实现各类新奇量子态并探讨其物理机理提供了基础,开辟了冷原子量子系统在拓扑量子信息与量子计算中应用的方向。     

21世纪量子通信技术研发热潮及其多行业推广——量子信息技术发明与专利战略背景研究

进入21世纪,出于促进社会全面信息化和维护国家总体性安全利益的客观需要,越未越多的大国都在密切关注如何能找到一种比电子信息技术更为高效、安全的信息传输方式、途径和手段,并纷纷投以巨资,开展系统尝试与艰巨研发.而此前先在欧美国家悄然兴起,稍后即有我国科学家共同参加开创研究的量子通信技术及量子信息技术,恰恰是这种具备绝对安全性的追求目标.本文围绕电子信息技术所必然会出现的进一步更新和转换趋势,量子通信及下一代信息技术的优异性能特征与目前研发热潮,量子通信及新型信息技术在社会多行业的应用与推广前途等现实重大态势,进行了前瞻性探讨和背景分析.     

格罗夫算法、量子控制及其对量子测量的意义

波函数具有可控性。量子算法是幺正算法,能够对一个量子系统进行变换(量子控制),且变换前后的经典物理意义并不发生变化。格罗夫算法具有放大波函数的系数的能力。量子算法对被测量子系统的控制,在一定程度上体现为对量子测量进行控制,于是,测量后显现的经典实在并不是量子实在的任意所为。量子控制是面对实事本身,是一种现象学式的处理方式,它不去追究量子系统有什么样的结构。     

如何使光子改变量子态

正早期量子计算研究都是用光开展的,这是因为光易于操纵,只需几面镜子、几块晶体和光线探测器就能成为一台晶体计算机,但而今几乎所有重大进展都是利用离子、超导电流环或晶体缺陷取得的,因为要进行逻辑运算,必须以一种量子态为基础来对另一种量子态进行修改。而电离子中的量子态会对另一个造成强烈影响,因此逻辑运算会简单得多。但问题在于,能够轻易改变的量子     

墨子 传送绝对安全的信息

正52016年8月16日,中国成功发射世界首颗量子科学实验卫星"墨子号"。量子保密通信是唯一已知的不可窃听、不可破译的安全通信方式。"墨子号"为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点,成为国际同行的标杆。     

我国在国际上首次提出全液态量子器件与计算技术概念

正量子计算机被普遍认为是新一代计算机的重大发展方向,其计算能力主要基于对微观量子态的操纵。量子计算机在物理实现上要走向集成化和小型化,其最为核心的一种逻辑运算器件是依托量子隧穿效应,即电子像沿着隧道一样穿过薄的绝缘层。研究项目负责人、中科院理化所与清华大学双聘教授刘静说,目前几乎所有实现量子隧穿效应的器件均由一个三明治     

关联电子材料的自旋态限域调控与自旋电子器件应用研究进展

关联电子材料具有丰富的自旋序,包括铁磁、反铁磁、亚铁磁、螺旋磁序等,这些自旋序与电子轨道态、电荷空间分布等其他量子态存在强烈耦合,因而可以通过外场来实现不同自旋序的时域和空域调控。相对于存在化学界面的传统异质结构,在关联电子材料中利用外场限域调控,可以实现无化学界面的不同自旋序结构的空间可控排列,从而构筑基于同一材料的新型自旋电子器件。本项目围绕关联电子体系多量子态的调控规律展开,通过自旋电子学与量子物理、表面物理以及电介质物理的交叉,探索具有多场(磁场、电场、光场、应变场)可控性的新型关联自旋电子材料,发展新型的多场调控技术,揭示自旋序与量子态耦合机理,设计新型自旋电子器件,进而实现在同一关联电子材料中集成非挥发性自旋存储与逻辑运算功能。     

研究简讯

利用多量子相干实现无消相干子空间量子消相干效应是量子信息处理中的重要问题,也是实现量子计算的主要障碍之一,而无消相干子空间(DFS)是一种克服或减小消相干效应的有效方法。中科院武汉物理与数学所波谱与原子分子物理国家重点实验室魏达秀等在973计划项目“量子通信与量子信息技术”的支持下,提出了用二维核磁共振(NMR)技术和多量子相干实现无消相干子空间的新理论,创造性使用甲基的对称性产生无消相干的Li ouville空间中的自旋态,给出了一种区分磁等价的核自旋和建立无消相干子空间(DFS)的新方法,并在实验上验证了该DFS的避错能…     

探索未知开创未来

1.中国科大完成最远距离自由空间量子通信实验 中国科技大学、合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授和同事杨涛、彭承志等人,通过"自由空间纠缠光子的分发"在国际上首次证明,纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后,其纠缠特性仍能保持,并可应用于高效、安全的量子通信.这一研究成果为实现全球化的量子通信奠定了实验基础.     

固态量子存储器

量子通信发展的最终目标是构建全国乃至洲际的大尺度量子通信网络,然而受限于光子损耗,目前安全量子通信的距离被限制在百公里量级。目前有两种方案可以有效拓展安全量子通信的工作距离,即量子中继方案和量子加密U盘方案。这两套方案所需要的核心器件都是高性能量子存储器,所以针对具体通信方案优化存储器技术指标,演示基于量子存储器的量子通信技术,是现阶段量子通信研究的核心任务。本项目针对以上科学问题及关键技术,以具体应用方案为导向,基于固体中的稀土离子系综研制高性能固态量子存储器。本文主要介绍项目实施以来相关方面的研究内容以及研究进展。     

测量问题的新单子论方案与退相干解释

退相干解释的"稳定性判据"被认为是解决测量问题的关键一环。作为该解释的最新发展,量子达尔文主义试图对稳定性判据做出解释。该主义虽然部分地被最新物理实验证据所支持,但仍无法彻底解决测量问题。2016年,测量问题的"新单子论"方案被提出,利用"知觉-能量原理"和"意志-能量原理"解决了测量问题中的明确结果问题和优先基矢问题。本文从新单子论的"知觉-能量原理"出发,在不涉及任何退相干过程的情况下,重新导出了稳定性判据所筛选的优先基矢。这一方面说明新单子论在本质上与量子力学、退相干解释相符相容,另一方面说明新单子论揭示了退相干解释背后更深层的物理学哲学本质。     

利用多量子相干实现无消相干子空间

量子消相干效应是量子信息处理中的重要问题，也是实现量子计算的主要障碍之一，而无消相干子空间（DFS）是一种克服或减小消相干效应的有效方法。中科院武汉物理与数学所波谱与原子分子物理国家重点实验室魏达秀等在973计划项目“量子通信与量子信息技术”的支持下，提出了用二维核磁共振（NMR）技术和多量子相干实现无消相干子空间的新理论。     

重费米子体系中演生量子态及其调控的研究进展

作为典型的强关联电子体系,重费米子材料表现出丰富的量子基态,如反铁磁序、铁磁序、非常规超导、非费米液体、自旋液体、轨道序和拓扑态等。相比其他强关联电子体系,重费米子体系的特征能量尺度低,可以通过压力、磁场或掺杂等参量对不同量子态进行连续调控,因而是研究量子相变、超导及其相互作用的理想体系。本文重点介绍国家重点研发计划项目"重费米子体系中的演生量子态及其调控"执行两年来,在重费米子电子相图、量子相变、超导、强关联拓扑态、微观电子态等前沿科学问题上的研究进展。着重介绍了重费米子超导体CeCu_2Si_2的超导序参量,在重费米子材料YbPtBi中发现的外尔费米子激发,低载流子浓度近藤晶体中的关联拓扑电子态,以及CeTIn_5体系中的局域-巡游转变和重费米子态的微观机理研究等。这些研究成果加深了我们对重费米子体系中丰富的演生量子态及其调控的理解,为项目后期研究的凝练和深化奠定了坚实的基础。     

NASA实现量子远距城市传输

正研究人员在实验室之外实现了量子远距传输最高速度,他们利用加拿大卡尔加里市地下铺设的光缆网络把一个光子的量子态传输到了6千米之外。研究人员终于把测试范围延伸到了真实世界之中,标志着人类朝实现量子网络的目标又迈进了一大步。如果我们能掌握量子远距传输技术,也许有朝一日便能实现超级安全的信息加密技术,信息发送方在把信息传输给接收方的过程中,没有任何窃听者能破解这些信息。     

潘建伟要建世界一流量子物理实验室

正量子物理学世界级大师问道:“你的梦想是什么?”他的答案脱口而出:“我要在中国建一个世界一流的量子物理实验室。”年前12月18日,庆祝改革开放40周年大会上,宣读了获得改革先锋称号人员名单。其中,“量子信息研究的创新者”潘建伟在列。他的头衔包括中科院院士、中国科学技术大学常务副校长,中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任。自上世纪90年代以来,量子信息科学迅猛发展,量子通信、量子计算和量子精密     

从描述的观点看量子奥秘

量子叠加态是主体对微观现象多种可能状态的描述;"薛定谔猫"的尴尬是主体描述结果不适当客观化带来的尴尬.在微观观测中,现察者只是对作为描述结果的量子态的确定.量子态是对象存在的各种可能状态的几率描述,而非定域性则是在这种几率描述中所涉及的多种可能存在状态在观察确定时刻的描述性关联.量子态的叠加是各种不确定性状态或多种可能状态在描述中的共存.波函数坍缩则是由于观察使本来不确定的概率小于1的多种可能状态的描述变成确定的概率为1的描述.