自由空间量子通信实验研究与进展

量子通信的安全性是基于Heisenberg测不准原理、单光子不可分割性和量子不可克隆定理，它遵从物理规律，是绝对安全的.近年来量子通信技术的迅速发展加快了量子通信的实用化进程.文中综述自由空间量子通信实验研究进展，简要介绍几种量子编码协议、不同类型单光子源的量子通信实验，说明全球量子通信的实现可能存在的问题与技术挑战，展望了自由空间量子通信的未来.     

喜迎量子时代

作为我国量子通信与量子信息技术首席科学家单位的中国科技大学．继今年5月先后在合肥建成世界上首个光量子电话网和在芜湖建成世界首个“量子政务网”后．近日又在合肥建成世界上首个全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。据专家介绍，该成果不仅首次全面展示并检验了量子通信系统组网和扩展的能力．将量子通信实用化和产业化进程向前推进了一大步，而且可应用于国防安全、银行、重要基础设施、互联网通信、商务等，对提升我国信息安全水平具有重大的战略意义。     

量子纠缠与超光速量子通信

量子通信是经典通信和量子力学相结合的一门新兴交叉学科.在介绍量子纠缠特性的基础上,对量子隐形传态进行了探讨,提出了超光速量子通信的途径.     

基于光开关的量子交换器

为了研究量子通信系统,提出了一种基于光开关的量子交换器,它是量子通信网络的节点．该量子交换器主要由交换模块、控制模块和输入输出模块组成．它在量子通信网络的发信者与收信者之间建立光子链路,为通信双方提供量子信道,用于传输量子信息．搭建了量子交换器平台,并用微弱光源对该量子交换器平台进行了测试,结果表明该量子交换器具备了量子通信网络中节点的功能,能够成功实现量子通信网络的功能．     

量子交换机与结合量子通信与经典通信的新模式

在引入量子交换机概念的基础上,提出了经典通信向量子通信过渡时期的一种新的通信模式.利用纠缠交换通过量子交换机来建立量子信道,使得通信方避免了复杂的量子技术.使用经典通信信道来传输无直接关联的信息随机数序列,保证了通信的大容量和高效性.     

量子安全直接通信?

"墨子"号量子科学实验卫星的发射,进一步吸引了人们对量子通信的关注.自1984年IBM的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出第一个量子密钥随机分配协议以来,量子通信能否进行机密信息的安全直接传输一直是困扰量子通信界的一个难题.2000年,清华大学龙桂鲁等萌芽了量子安全直接通信的初步思想,随后的几年,我们建立了量子安全直接通信的完整理论,创建了4个判据,构造了2个最早期完整的量子安全直接通信代表性方案,为量子安全直接通信方案设计及其应用提供了物理原理依据,吸引了众多学者的关注与投入,促进了这一领域的发展.本文首先以第一个量子秘钥随机分配协议为例介绍量子通信如何为经典保密通信服务;随后,以最早期完整的2个量子安全直接通信方案为基础,阐述了为什么可以进行量子安全直接通信,并介绍量子安全直接通信的物理原理.     

保密通信与量子密码术

总结了密码学的发展和目前的密码体制,分析了经典密码学目前存在的问题,阐述了量子密钥分配的安全性保证,详细介绍了量子保密通信的整体系统构成以及量子密钥分配的全过程。分析了该领域目前存在的实际问题和瓶颈技术,并提出了影响系统成码率的定量关系,对量子保密通信系统的主要研究方向进行了总结和展望。     

量子安全直接通信

量子通信利用量子力学原理进行信息传输和处理,具有高安全、高容量等优点.量子安全直接通信在量子信道中直接传输秘密信息,是一种新式的量子通信模式.自2000年提出以来,量子安全直接通信得到了迅速的发展.该文综述量子安全直接通信的基本原理,描述几个典型的量子安全直接通信协议.最后介绍量子安全直接通信的最新发展动态,展望量子安全直接通信的未来.     

量子通讯的基本协议

量子通讯是当今的热点技术之一 ,是量子力学和密码技术相结合的产物 .量子通讯协议是实现量子通讯的基础 .通过介绍量子密码理论基础与基本原理 ,简要说明了量子通信基本方式和BB84协议、B92协议和相关粒子协议 ,这 3个协议是基本的密钥分发协议 ,并且指出了发展量子密码存在的一些问题 ,单光子产生的探测以及对波函数的进一步理解具有重大的理论和实际意义     

量子光源综述

量子密码通信是最近二十多年发展起来的一种新型通信技术,它利用量子特性来实现或增强通信的安全性。量子保密通信系统基于光量子信号的传输特性,因此如何获得稳定可靠的量子光源就成为实现量子保密通信的主要问题。文中介绍了量子通信中已有的几种光源(单光子光源、连续变量光源、纠缠态光源)的原理和相关实验,最后介绍了量子光源的应用,并对其前景进行了展望。     

经典密码通信与量子密码通信的现状及发展趋势

对现有3种经典保密通信体系,即对称密钥体系、非对称密钥体系、Vernam密钥体系的现状和发展趋势进行了分析,指出了经典保密通信的局限性,重点阐述了绝对安全的量子密码通信的现状和发展趋势.     

Arbitrarily long distance quantum communication using inspection and power insertion

The biggest obstacle for long distance quantum communication is the channel loss and the channel noise on photons. In this paper, a method to solve this problem was analyzed using inspection and power insertion (IPI). It is proved that quantum communication may be established over arbitrarily long distance using this technology. The amount of resources required is a polynomial function of the distance. IPI is proposed as a general technique to prolong quantum secure direct communication where secret messages are transmitted directly over a quantum channel. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2006CB921106), National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10325521) and Key Project of Ministry of Education of China (Grant No. 306020)     

基于量子双向传态的多方量子通信网络的构建方案

利用量子双向传态技术构建了一个量子通信网络,从而实现安全的多方通信.对该方案的通信安全性和网络工作效率进行了分析,并提出了改进方法,使得该方案更具有实用价值.     

基于半导体量子点的量子通信

光子源和纠缠光子对的制备是量子信息产生和传输过程的源头,是实现量子通信的重要前提条件.半导体量子点固体系统具有可集成性和可扩展性的优点,并且与现有的半导体光电子学技术密切相关,近年来在单光子源和纠缠光子对制备方面取得了重要的进展,是未来全固态量子通信的重要元器件.从量子通信的基本原理出发,阐述了制备单光子源和纠缠光子对的重要性,介绍如何解析推导出圆形常规半导体量子点中的电子结构,描述了圆形拓扑绝缘体量子点中边缘态具有双重简并的电子结构,能级间隔与量子点的具体形状无关,并且具有自旋轨道锁定的特性,总结了实验和理论上在利用这一独特的电子结构制备单光子源和纠缠光子对方面取得的重要进展.     

基于量子隐形传态局域网通信的身份认证

多用户在同一通信终端通信认证时,由于用户之间没有明确的优先级别限制,在相同时间内“盲目竞争”获取认证信息,造成经典信道拥堵.为了避免因通信用户之间的冲突或闲置带来的网络资源的浪费,结合令牌环技术和量子隐形传态通信技术,提出了量子隐形传态局域网内各通信站点间实现优先级预约及身份信息核实的认证方案.此方案可实现通信网络的规范有序运行,减少网络资源的浪费,缩短通信时延,提高身份认证效率.