量子通信范文

導語：如何才能寫好一篇量子通信，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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然而，新聞報道透露的少量信息，還不足以使人們了解量子通信，并且質疑的慣性也使人們對這一技術的實際狀態產生了懷疑。

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本個體，因此可以說所有物質都是由量子組成的。量子具有非常奇妙的特性：量子疊加和量子糾纏。量子疊加原理使得量子的測量會被感知，是量子保密通信的基本邏輯。光量子通信主要基于量子糾纏理論，使用量子隱形傳態的方式實現信息傳遞，這是實現量子高速通信的基本邏輯。

一個量子可以有多個可能狀態的疊加態，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現出某種確定的狀態，但是對量子的測量又會改變被測量量子的狀態。利用量子疊加原理，就可以實現量子密鑰分發，一旦有人試圖截獲或測試量子密鑰，就會改變量子狀態，發送方可以銷毀密鑰重新分發。量子不可克隆和不可分割的特性也保證了量子密鑰無法復制，實現了量子保密通信。

這種通信真的是無條件的絕對安全嗎？目前還沒有絕對安全的通信，不管多么保密的技術，最后都可能在人的身上功虧一簣，這是永遠的安全悖論。

兩個量子的相互作用，還可以產生一種糾纏態，處于糾纏態的一對量子，不管距離多么遙遠，只要其中一個量子的狀態發生變化，另一個量子也會發生相應的狀態變化，這就是量子糾纏。根據這個原理，只要觀測到一個量子的狀態，那么就能得到另一個遠距離量子的狀態。也就是說，由這種狀態變化就能實現瞬間通信，這就是量子的隱形傳態。

量子隱形傳態將粒子的未知量子態精確傳送到遙遠地點而不用傳送粒子本身，因此在量子通信的宣傳中，得到這樣一個結論：量子通信的速度可以超越光速。

量子理論中，光的速度是極限速度，無法突破。但是量子糾纏理論在實驗室狀態下是經過驗證的，難道真的可以突破光速嗎？這只有在更遠的距離下才能驗證。當距離和速度接近于光速的量級時，能夠確保沒有各種抑制作用的產生嗎？別忘了經典力學中的速度疊加在高速時就已經不再成立，量子級別的狀態我們還遠沒有探索完成。如果我們制作一個遠距離的理想剛性框架，在其中一端轉動時，另一端也會瞬間改變狀態，理論上，這種信息傳輸速度也將超過光速。然而實際上，當扭矩過大時，狀態的變化一定會滯后，這也可以類比到量子糾纏上。要將處于糾纏態的一對量子分置于非常遙遠的距離并保持量子糾纏狀態并非易事，隱形傳態的實際速度會不會超越光速，也許會在墨子號實驗衛星上得到一些數據。

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1、量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結合的新的研究領域。

2、量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，近來這門學科已逐步從理論走向實驗，并向實用化發展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關注?；诹孔恿W的基本原理，并因此成為國際上量子物理和信息科學的研究熱點。

（來源：文章屋網 ）

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斯諾登說，有人在監聽。

潘建偉說，他們聽不懂。

首顆“量子科學實驗衛星”的發射成功，有望讓量子通信真正進入廣域傳輸時代；其“測不準”“不可克隆”等特性，使得其傳輸的信息在理論上永不會被解密。

不過，發射衛星只是一個起點，在“宏偉量子大廈”中，量子京滬干線正在飛速搭建，天地一體的廣域量子網絡倚馬可待，市場應用不斷突破。在第二次“量子革命”中，中國正在領跑。

從三點一線到洲際傳播

中國科學技術大學、杏林苑和濱湖新區……2008年10月，這三個合肥市內本不相干的點，因為一次實驗連接在了一起。它們仨因為組成了三節點可擴展的量子通信網絡，實現了全球首個量子保密電話系統建設，而被永久載入史冊。

隨后，五節點，四十六節點，合肥、濟南城域網，“京滬”城際網……量子通信網在不斷擴展。將近十年后，隨著量子衛星的發射成功，量子通信網絡真正可能升至 “廣域”“洲際”傳播，為信息保密傳輸畫上了“天地一體”的注腳。

提起量子通信這一“永不被解密”的安全傳輸方式，很多人覺得晦澀，而記者采訪了解到，這一技術已經在市場上得以產業應用。以中國科學技術大學潘建偉團隊為技術依托的科大國盾量子技術股份有限公司，把量子通信帶到了日常生活中，形成了以量子密碼通信終端設備、網絡交換/路由設備為核心的量子信息安全系統整體解決方案。

目前，工商銀行、北京農商行等多家銀行率先試用了量子通信加密技術。作為首批用戶之一，工商銀行數據中心（北京）網絡部總經理任長清曾在接受采訪時介紹，現在工行試點的部門，就是通過國盾的量子加密技術，將數據從數據中心傳輸到同城的另一個機房內?！皬睦碚撋现v，通過設備產生量子密鑰，再對數據進行加密傳輸，是不會被竊取的，這對金融數據傳輸是非常有必要的?！?/p>

而將在2016年年底貫通的量子京滬干線，總長2000多公里，建成后，目標應用于軍事、金融、政務等領域信息的安全傳輸。金融機構、媒體、大型企業，都可以成為量子通信的用戶。

第二次量子革命我們如何領跑？

量子信息技術方興未艾，這一領域的國際競爭也在不斷加劇。2016年以來，歐美紛紛提出“第二次量子革命”計劃，加大基礎研究和產業發展方面的投入。

2016年3月，歐盟委員會《量子宣言（草案）》，計劃于2018年啟動10億歐元的量子技術項目。其中在量子通信方面，規劃5年內突破量子中繼器核心技術，實現點對點安全量子通信。10年內實現遠距離量子網絡、量子信用卡應用等，目標融合量子通信與經典通信，“保衛歐洲互聯網安全”。美國更是將“量子躍遷”作為“6大科研前沿”之一，認為人類正站在下一代量子革命的門檻上，量子力學正在導致變革性技術，必須加大投入促進交叉性基礎研究。

在中科大上海研究院，張強教授告訴記者，他受邀參加了2016年5月在荷蘭阿姆斯特丹舉行的歐洲量子會議，這次會議上有參會者明確提出，歐洲要成為世界量子技術發展競爭中的領導者，并提議建設類似于中國“量子通信京滬干線”的項目。

發射全球第一顆量子通信衛星，無疑確立了我國在國際量子通信研究中的領跑地位。根據我國量子通信發展規劃，量子衛星發射以后，2016年年底建成“量子通信京滬干線”，國內初步形成廣域量子通信體系。到2030年左右，中國率先建成全球化的量子通信網絡。

2016年6月，國家發展改革委印發的《長江三角洲城市群發展規劃》也為量子通信的實用化勾勒了藍圖。其中提出，加快城市群主要城市域量子通信網構建，建成長三角城市群廣域量子通信網絡。積極建設“量子通信京滬干線”工程，推動量子通信技術在上海、合肥、蕪湖等城市使用，促進量子通信技術在政府部門、軍隊和金融機構等應用。

“我們的打算是在未來10年內，形成天地一體的全球化量子通信基礎設施；形成完整的產業鏈和下一代國家信息安全生態系統；構建基于量子通信安全保障的未來互聯網，也就是‘量子互聯網’?！迸私▊フf。

讓產業應用走得更快更健康

據了解，我國目前在全球量子通信競爭中能處于領先地位，一方面得益于國家對量子信息領域發展的高度重視，同時也依靠科研工作者取得的一系列重大突破。

然而作為一項新興技術，即使技術積累和產業化方案都更成熟的我國，也同樣面臨著市場培育的困難。目前我國量子通信產業的主要應用在軍事方面和政府部門，商業市場的接受度還有待提高。

“保密傳輸是減少損失，而不是帶來價值，或者說它帶來的價值是隱性的，用戶很難顯性察覺得到?！笨拼髧芰孔有畔⒓夹g有限公司副總裁何煒說，目前絕大多數合作伙伴都是在政府部門指導下，示范使用產品，真正花錢購買、進入商業化還需要一定的市場培育時間。

記者調研也發現，雖然量子通信產業化還在初期，一些“山寨”企業已經開始借量子的名頭，為了提升股價或盡快上市，甚至只是買了兩套設備，就拿著正牌企業的資料和PPT到處宣講，炒作自己的量子概念。這些企業的不良行為，將會影響量子通信產業化的正常推進。

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奇妙的量子糾纏

量子力學和相對論是現論物理學的兩個根基。眾所周知，愛因斯坦是相對論的創始人，但鮮為人知的是，他也是量子力學的先驅。隨著量子力學的發展，愛因斯坦發現，在量子世界中，處于糾纏態的兩個粒子，無論其相距多遠，都存在某種神秘的“心電感應”，一個粒子的狀態發生改變之后，另一個粒子的狀態瞬間也會發生相應的變化，這就是奇妙的量子糾纏效應。但相對論的相關理論同時也表明，物體運動或是信息傳遞是無法超越光速的，那么這兩個量子又是如何建立通信的呢？

量子糾纏的奇異性不僅在于它超越了空間，同時讓人疑惑的還有它的不確定性。這好比兩個黑箱中存放著一對既黑又白的“黑白球”，同常見的非黑即白的情況不同，打開黑箱的瞬間會隨機出現黑球或白球。這種不確定性加上奇異的超距作用，讓愛因斯坦這樣的大科學家也開始懷疑起量子力學的科學性。

不過，經過科學家多年的驗證，這種幽靈般的糾纏效應確實是存在的。密碼學家認為，奇妙的量子糾纏效應能夠為通信提供得天獨厚的隨機密鑰，建立起牢不可破的保密通信系統――量子通信。

“墨子號”翱翔天際

墨子最早提出光線沿直線傳播，并設計了小孔成像實驗，他是我國科學研究的先驅。作為全球首顆量子科學實驗衛星，“墨子號”正是由此得名。

量子通信應用了量子糾纏效應，由于糾纏態量子的不確定性，因此將其用于量子通信產生的密鑰也是完全隨機的，且能保證一次一密。一旦密鑰被截獲，量子的狀態就會發生改變，而接收者則能根據密鑰出錯的概率察覺到被竊聽，這就保證了量子通信加密的信息無法被破譯。

盡管量子通信的保密性毋庸置疑，但在地面上，由于量子在地面光纖網絡等介質中傳輸的損耗，有限的傳輸距離逐漸成為困擾量子通信的攔路虎。通過發射量子科學實驗衛星，數十千米的大氣層對量子的損耗要比光纖等介質小很多，因此保障了量子糾纏源能在更大范圍內實現穩定的遠距離量子通信。

量子科學實驗衛星“墨子號”高約1.7米，重約640千克，在約500千米高度的近地軌道上運行。它上面搭載了量子糾纏源、量子糾纏發射機、量子密鑰通信機和量子實驗控制和處理機，整個系統正是通過制備和分發糾纏態的光量子成功實現量子通信?！澳犹枴痹诎l射后，還將與建在北京興隆、新疆南山、青海德令哈、云南麗江的4個量子通信地面站和建在阿里的量子隱形傳態實驗站進行通信對接，進行一系列的量子科學和通信安全實驗。在高速運動的“墨子號”上，它產生的兩個糾纏光量子將分別奔向相距上千千米的地面站，這遠遠超過了“針尖對麥芒”所需的高精度。整個過程必須保證精確的對準，這也在一定程度上反映了“墨子號”在設計上的精細度。

廣域量子網絡指日可待

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在當今社會，人們的各項社會活動都與通信有著密切關系，通信信息的安全也變得愈加重要。傳統通信信息的保護主要依靠密碼加密技術，其安全性主要是基于某些數學假設或者計算復雜度。但是隨著計算機運算能力的大幅度提高，傳統加密技術已無法滿足人們對通信的安全需求。而采用量子比特對信息進行編碼，從而實現絕對安全傳輸的量子通信能夠解決這一難題。到目前為止，星地量子密鑰分發［1］已經不存在任何理論上的瓶頸。相對于光纖，自由空間基本上可以忽略雙折射，在真空環境中光幾乎可以無損傳輸。所以，通過建立以城域量子通信網為基礎，利用衛星實現各個城域網的相互連接，能夠建立全球量子通信網絡。因此自由空間［23］已經成為各國研究的熱點，美國、日本和歐盟都在積極進行自由空間密鑰分配實驗。

星地量子通信試驗系統是我國首次進行的星地量子通信試驗，通過衛星平臺的中轉實現相距遙遠的兩個區域之間的量子通信，真正體現了量子通信向廣域范圍發展的可能性。本文主要介紹了自由空間量子通信試驗系統的設計與實現，文章分為3部分，第1部分介紹系統的設計目標和工作過程，第2部分介紹系統的整體框架和具體功能模塊設計，第3部分介紹系統運行結果。

1系統簡介

1.1系統設計目標

系統的總體目標是通過空間平臺的量子通信載荷和地面工作站形成天地一體化的試驗平臺，驗證星地間量子密鑰分發的可行性，從而為利用衛星建立廣域量子通信網絡奠定基礎。量子通信的收發方通過發送量子信號，實現星地時間同步，完成量子密鑰分配試驗，密鑰產生率可達到1~10kbps。

1.2系統工作過程

系統采用偏振態編碼的BB84［4］協議實現量子通信，同時采用誘騙態協議［5］抵抗PNS攻擊，以保證系統安全。

圖1是量子通信試驗系統的系統結構圖，左邊為發送方，右邊為接收方，他們通過自由空間（量子信道）和經典信道相聯。

圖1量子通信試驗系統結構

 下面從電子學的角度，介紹量子通信試驗系統的基本工作過程。

在量子通信開始后，發送端的電子學系統通過調制信號光脈沖信號驅動激光二極管產生4路量子光信號，同時輸出同步脈沖驅動激光二極管產生同步光信號，4路信號光在光耦合模塊被調制為4種偏振光，并和同步光經過WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復用）耦合為1路光信號，傳輸給接收方。同時，發射方還要完成對同步脈沖的高精度時間測量。

光信號到達接收端之后，經WDM將同步光信號和量子光信號分離。同步光源經APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光電二極管，也稱單光子探測器）測量，產生的脈沖信號進入接收端電子學系統作高精度時間測量；量子光信號經過偏振控制器作4種偏振態測量，產生的脈沖信號同樣進入接收端電子學系統做高精度時間測量。這樣經過一次完整的量子密鑰分發之后，收發雙方通過經典信道進行交互，對量子通信產生的原始密鑰進行基矢對比、經典糾錯和隱私放大，得到最終可用的密鑰，完成整個密鑰分發過程。

2系統設計

量子通信試驗系統是在高精度捕獲和跟瞄系統實現地面與衛星之間建立超遠距離量子信道的基礎上，通過量子通信載荷和地面控制單元實現衛星與地面之間以量子密鑰為核心的絕對安全的保密通信試驗，量子通信載荷在地面控制單元注入指令的控制下完成量子密鑰的分發以及數據后處理過程，通過對量子通信試驗系統的需求分析，系統的總體設計框架圖如圖2所示。

圖2量子通信試驗系統總體框架

系統主要由系統初始化模塊、數據管理模塊、量子通信控制模塊、試驗數據后處理模塊等組成，其中量子通信控制模塊包括隨機數制備模塊、量子通信收發控制模塊和溫度控制模塊3部分。系統的初始化模塊主要負責維護量子通信試驗的正確性，避免設備因未初始化而導致試驗失??；數據管理模塊主要負責與外部數據進行交互，由指令解析與數傳處理兩部分組成，完成對量子通信試驗控制指令的解析以及試驗數據的采集、信息交互功能；量子通信控制模塊由隨機數制備模塊、量子通信收發控制模塊、溫度控制模塊3部分組成，負責對量子通信試驗過程進行控制，制備隨機數，控制激光器發光以及開關單光子探測器進行測量等；試驗數據后處理模塊包括科學數據存取模塊、基矢校驗模塊、密鑰糾錯模塊、隱私放大模塊和密鑰應用模塊等部分，主要完成量子通信試驗所獲數據的后處理工作。

系統初始化后通過數據管理模塊完成數據的采集和解析，根據指令解析的結果通過量子通信控制模塊完成對量子通信試驗流程的控制，存儲科學試驗數據進行試驗后處理，通過試驗數據后處理模塊進行基矢校驗、密鑰糾錯和隱私放大，最終得到共有密鑰。軟件工作流程如圖3所示。

圖3軟件系統工作流程

2.1系統初始化模塊

系統初始化模塊用來確保系統的初始狀態正確，避免因未初始化而導致試驗失敗，是試驗正常進行的保障。系統初始化模塊由硬件邏輯初始化和定時器中斷初始化兩部分組成。系統上電后，首先運行系統初始化單元，在初始化成功后才進入其它單元，從而保證了系統的安全性。

2.2數據管理模塊

數據管理模塊是量子通信試驗系統中的一個重要模塊，它負責與外部進行數據交互，采集量子通信試驗系統所需的控制指令數據并對這些數據進行處理。數據管理模塊主要由指令處理和數傳處理模塊兩部分組成。指令處理模塊主要對系統采集的指令數據進行解析，并根據解析結果進行下一步操作；數傳處理模塊則主要完成系統和外部的數據交互，交互的數據包括時間測量數據、隨機數數據以及指令執行狀態數據。

 系統采用指令驅動的方式進行工作。上電后，系統開始進行工作，然后通過數據管理模塊對數據進行管理。數據管理模塊的工作流程為：首先利用指令處理模塊讀取采集到的數據并組包，對于組包后的指令數據按照RS422數據協議進行解析，并根據解析結果對系統進行下一步操作，同時，對于產生的科學數據按照LVDS數據協議在系統和外部之間進行傳輸。該模塊的實現流程如圖4所示。

2.3量子通信控制模塊

量子通信控制模塊主要用來實現對量子通信試驗流程的控制，它主要包括隨機數制備模塊、量子收發控制模塊和溫度控制模塊3部分。隨機數模塊主要是產生隨機數，量子收發控制模塊主要 實現對量子收發硬件電路的控制功能，溫度控制模塊則主要完成激光器和單光子探測器的自動溫度控制功能。

圖4指令處理模塊工作流程

2.3.1隨機數制備模塊

隨機數制備模塊的主要功能是產生隨機數數據，生成的隨機數數據用來調制發射光脈沖。隨機數的產生有兩種方案，一種是偽隨機數方法，另外一種是真隨機數方法。偽隨機數算法是基于LFSR（LinearFeedback shiftRegister，線性反饋移位寄存器）的算法，但根據試驗測試發現其隨機性并不是特別好，所以這里我們采取真隨機數的實現方法。真隨機數的實現采用數字電路內部時鐘抖動來完成，首先產生一個一定頻率的時鐘，然后用同樣方法產生一個與前一個時鐘頻率相近的時鐘來采集前一個時鐘。由于Jitter的存在，使得采樣結果可能是1也可能是0，采樣結果經過一定處理即得到隨機數。

2.3.2量子收發控制模塊

量子收發控制模塊的主要功能是通過對量子收發硬件電路的控制，完成對量子通信試驗流程的控制。量子收發控制模塊負責的試驗流程有：能夠結合GPS脈沖控制量子通信的開始和結束；在量子通信過程中，能夠通過生成的隨機數數據控制激光器發光和其發光強度；能夠通過控制同步光電路，開關同步光激光器，控制同步光源狀態，為量子密鑰分配做準備；能夠通過控制APD（單光子探測器），進行單光子探測；能夠結合時間測量芯片，采集并存儲時間測量數據。量子收發控制模塊的控制主要通過讀寫寄存器控制相關硬件電路進行，具體的通信控制模塊流程如圖5所示。

圖5量子收發控制模塊的工作流程

2.3.3溫度控制模塊

溫度控制模塊是量子通信試驗系統中的一個重要模塊，它能夠通過采集得到的溫度信息的值和激光器/單光子探測器的開關狀態進行自動溫度控制，從而為激光器和單光子探測器提供保護。溫控算法采用增量式的數字PID算法［6，7］，能夠通過一種串行校正方法通過對輸入量進行比例積分微分運算得到相應控制量，這種溫控算法的溫控精度能夠達到0.5°C 。

2.4試驗數據后處理模塊

試驗數據后處理模塊完成量子通信試驗的數據后處理過程，經過基矢校驗、密鑰糾錯、隱私放大處理過程，得到最終密鑰。它可以分為科學數據存取、基矢校驗、密鑰糾錯、隱私放大、密鑰應用等5部分。

 科學數據存取模塊主要完成的是試驗數據后處理模塊的預處理工作，將制備的隨機數數據和量子通信產生的科學數據存儲到Flash中。

 基矢校驗模塊完成的是與地面交互，提取通信原始密鑰的過程。通信雙方首先通過在經典通道傳輸GPS時間數據以及同步光時間數據，同步雙方時間，然后選擇保留其基矢相同的部分數據，將基矢不同的數據丟掉，最終得到原始密鑰。具體過程如圖6所示。

圖6基矢校驗流程

在量子密鑰分發過程中，由于信道干擾、光學調整存在誤差、接收方存在暗記數等原因，難免會引入一些錯誤，這最終可能導致通信雙方所擁有的密鑰存在差異性。而密鑰糾錯就是對原始密鑰中的誤碼進行糾錯處理。經典的糾錯算法如Cascade算法，通過將原始密鑰進行分段，對于每一段密鑰分別使用奇偶校驗，尋找并糾正每段錯誤，并通過迭代完成對所有數據的糾正。但該方法需要非常多的交互，影響了其在工程上的使用。本系統中的密鑰糾錯則使用基于漢明碼的類Cascade糾錯法［8］，在保證系統性能的情況下，減少了交互次數，在工程中取得了不錯的效果。密鑰糾錯過程如圖7所示。

圖7密鑰糾錯流程

 糾錯后的數據并不能保證絕對安全，隱私放大模塊就是通過對糾錯后的密鑰數據進行隱私放大，以保證數據的絕對安全性。隱私放大過程如下:首先，根據指令給出的安全系數M生成1 024*M的隨機矩陣R；其次，將糾錯后的密鑰按照1 024比特切分成段；最后，將每一段切分得到的密鑰數據與隨機矩陣R相乘得到安全密鑰數據。 

3系統運行結果

目前，此系統已成功應用于自由空間1.4km量子密鑰分發實驗，我們設定每組實驗進行15分鐘的量子密鑰分發，通過多組試驗測試，從表中結果可以看到最終密鑰成碼率大于1.5Kbps，信號態誤碼率小于2%，達到了設計目標，很好地滿足了系統的設計需求。

表1試驗成碼率和誤碼率

實驗組數 1 2 3 4 5成碼率 (bps） 1 520 1 642 1 806 2 143 1 586誤碼率（%） 1.31 1.55 1.22 1.488 1.684結語

本文給出了量子通信試驗系統的設計與實現方案。該方案很好地滿足了星載量子通信試驗系統的試驗流程控制需求，同時采用漢明碼的密鑰糾錯方案，有效地解決了數據處理中糾錯效率和通信次數的矛盾。目前，該系統已被應用于自由空間量子密鑰分發試驗中，系統運行正常，能夠較好地完成量子密鑰分發試驗。

參考文獻：

\[1\]MANDERBACH T S, WEIER H,FüRST M, et al. Experimental demonstration of freespace decoystate quantum key distribution over 144 km［J］.Physical Review Letter, 2007.

［2］曾貴華. 量子密碼學［M］.北京：科學出版社，2006.

［3］GAO F, GUO F Z. Quantum key distribution without alternative measurements and rotations［J］.Phys.Rev.A,2006.

［4］BENNETT C H,BRASSARD G. Quantum cryptography: public key distribution and coin tossing［C］. Bagalore, India: International Conference on Computers, Systems & Signal Processing,1984.

［5］LO H K, MA X, CHEN K. Decoy state quantum key distribution［J］. Physical Review Letters, 2005.

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【關鍵詞】光存儲電磁感生透明暗態極化聲子絕熱相干操控

一、全光型光纖通信技術的發展現狀

二十一世紀是信息高度發展的世紀，信息技術已經逐漸滲透到人們日常生活中的各個方面，并發揮著不可替代的作用。隨著人們對于信息技術的需求不斷增加，信息傳遞技術的創新迫在眉睫，如何才能滿足信息量日益增多的現狀成為信息傳遞首要解決的難題。根據生產經驗而言，激光是滿足日益復雜信息傳遞的最佳工具，因此催生了全光通信技術的發展。

目前研究的重點就是利用何種技術結合先進的光學材料來實現對于光信號的隨意控制。上世紀末美國率先解決了對于光脈沖群速度的隨意控制難題，實現了對于光信息的人工控制，這意味著光存儲已經實現。

二、電磁感生透明及原子介質中的光群速減慢

電磁感生透明也是由美國科學家提出的新概念，電磁感生透明是種量子干涉效效應，電磁感生透明的意思是指在光吸收的介質中，假設用兩個具有輕微失諧的光脈沖共同作用于該介質，在共振的情況下，光吸收介質就變為了光透明介質。一旦出現電磁感生透明現象，光脈沖的群速度也會相應降低，而且降低的幅度也比較大，并且可以將光信息以原子態的形式儲存?，F階段研究人員提出要想實現電磁感生透明現象，必須要滿足兩個基本條件，其一就是必須有兩束光，而且相位和頻率必須固定，一束光作為控制光線，一般情況下都是脈寬比較寬的脈沖，另外一束則為信號光束，其光束的強度比控制光束的強度要小很多。再者兩束光線必須都能與三能級原子介質發生相互作用，還必須滿足共振條件。上述兩種條件都能滿足的光束能夠使原子處于暗態，進而提高光介質的透明率。換句話說調整光的強度就能夠控制原子介質的投射率，也就是色散情況，進而實現對于光脈沖信號群速度的控制。

電磁感生透明現象的發現，最為重要的應用就是控制光脈沖的速度，在此之前已經能夠將光脈沖的群速度降低，但是降低的幅度較小，還不能滿足人們生活生產的需要，電磁感生透明技術能夠有效降低光脈沖的群速度，并且通過進一步的研究發現，利用相干操控技術，光脈沖群速度與慢光之間還能進行相互轉化。

光存儲的暗態極化聲子理論及原子介質中的光存儲

隨著電磁感生透明技術的發展，人們不僅要控制光脈沖群速度，而且要讓其完全停下來。如果能夠將光脈沖的群速度完全的停止下來，就能實現全光通信中的光儲存。經過人們不懈努力，現在終于能夠通過冷原子和熱原子實現將光脈沖的群速度完全的控制下來，光儲存技術的關鍵就是要創設合適的環境，也就是說在對光脈沖群速度的完全停止過程中，絕熱地關掉，并打開控制光束，對于絕熱開關的過程其實就是光儲存的過程。

目前德國科學家又提出一個新的概念叫做暗態極化聲子，該概念已經能夠定量的計算出操控光脈沖群速度并且將信息儲存的具體方式，主要方法就是將光脈沖函數與原子函數共同組成一個波函數，當進行光儲存過程時，在兩束光束處于暗態的前提下，光脈沖與原子脈沖組成的新粒子將會穩定的傳遞，這其中最為關鍵的就是光脈沖攜帶的信息和原子態可以通過光強的改變而被人工控制，隨著暗態極化聲子技術的出現，大大縮短了人們研究光儲存的時間，很快就有研究人員表示能夠實現光脈沖的儲存和自由釋放，時間長達一毫秒甚至是兩百微秒，并且隨著研究的不斷深入，光儲存的時間還會更長?，F階段人們不單單是研究其他介質的光儲存，而且將研究對象轉向了固體介質中的光儲存，并且已經在常溫晶體中取得了較為明顯的成就。

我國在光儲存及光脈沖群速度的控制研究中，一直處于世界前列。對于電磁感生透明技術為代表的量子干涉技術的研究也一直在不斷的深入中。我國率先提出了將電磁感生透明技術以量子形式儲存應用在全光通信中這一概念。并且已經開始致力與研究多能級構型的原子介質中不同光束的相干控制及稀有氣體原子的電磁感生透明現象，而且已經實現了長達二十五微秒的光儲存。隨著量子技術的發展，人們的研究范圍也將突破現有的光脈沖儲存，進一步擴大到遠距離量子通信技術的研究。

三、總結語

現階段人類在量子光學研究尤其是量子干涉中已經取得了巨大的成就，為全光通信的實現提供了技術可能，但是還有很長的研究之路要走，我們要在現有的基礎上，繼續深入研究量子干涉技術，爭取早日實現全光通信。

參考文獻

[1]羅有華.冷原子在靜電勢阱中的量子力學效應[J].物理學報. 2002

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關鍵詞：量子信息論；信道容量；光通信

中圖分類號：N031 文獻標識碼：A

文章編號：1005-913X（2012）08-0163-01

一、引言

信息論或者稱為通信的數學理論，是研究信息的傳輸、存儲和處理的科學。Shannon信息論是其主要代表。而在量子世界里，信號的物理特性與其所傳輸的信息完全緊密聯系，從而產生了量子信息論。近年來，量子密碼技術、量子通信、量子計算、量子模擬、量子度量學等方面都取得了很大進展[1]如今，光通信中有關信息論的相關理論已成為人們關心的課題。本文將對量子信息學在光通信中的應用進行分析和比較。

二、Shannon信息論

（一）信息熵的概念

Shannon從研究通信系統傳輸的實質出發提出了信息熵H（X）的概念 [2]

I（X；Y） = H（X）-H（X/Y） （1）

也可表示為：

■ （2）

（二）信道容量

信道容量C，它反應了信道傳輸信息的能力，是信道特性的參量。

C=max{I（X；Y）} （bit/event） （3）

Shannon對信道研究后發現由高斯信道可推導出Shannon公式[2]

C=Bln=Bln

■ （4）

N0是每單位頻率的信噪比，B是帶寬。

高斯信道中的信息量達到極限時[6]：

C=limB ln（1+S/（N0*W））=■lne=1.44■（bit） （5）

三、量子信息論

量子信息論采用與信息論相類似的方式向前發展。 [3] 在量子信息論中常用量子位或者量子比特表示信息單位。如|Ψ>=α|0>+β|1>（|α|2+|β|2=1），|Ψ>，又稱為疊加態。

量子比特之所以與比特有如此大的差異是因為量子態是相互糾纏的。

（一）馮諾依曼（Von Neumann）熵

與經典信息論相似，量子信息論定義了馮諾依曼（Von Neumann）熵為：

S（ρ）=-Trρlogρ （6）

當組成混合態系統的每個純態是相互正交時，（6）式退化為

S（ρ）=-Trρlogρ=■pilogpi （7）

馮諾依曼（Von Neumann）熵等于Shannon熵；而當各純態相互不正交時，可證明系統的馮諾依曼熵將小于Shannon熵。

（二）量子信道與信道容量

在量子信息論中有三種信道容量概念：①無經典輔助條件下傳輸完整量子信息的信道容量Q（N）②只傳輸經典信息時的信道容量C（N）③在一般信道輔助下傳輸量子信息的信道容量Q2（N）。Q（N）與C（N）的定義形式相同；如Q（N）定義為：對于任意大的n和任意小的ε，當n個量子比特的每個量子態|φ>經過編碼、信道傳輸和解碼后的保真度都大于1 -ε 時的量子信道的最大傳輸速率；用數學公式可精確地表示為

Q（N）=■■sup{■：■m，E，D

■ψ∈H2n>1-ε （8）

但是，對于絕大多數的有噪聲量子信道，這種容量并不能計算出具體值，而僅是一個取值范圍。

在信息論中，Q（N）可通過干信息來描述，而C（N）完全由可獲信息來確定。

四、光纖通信中的信息量

在光量子信道中，對于頻率fi，輸出信號的平均量子數為

yi=xi+ni （9）

假設xi與ni 統計獨立。設xi，ni，yi的概率密度函數為p（xi），p（ni），p（yi），則p（yi/xi）=p（ni）。[5]在特定頻率fi上，光量子信道的平均互信息[4]

I（yi；xi）=H（yi）- H（ni） （10）

因為固定時間間隔t，t=■，所以單位時間內的平均互信息

I（X；Y）=■■I（yi；xi）=H（Y）-H（n） （11）

在fi上，假設接收信號的光量子的離散能譜為

EI=hfi （h是普朗克常數） （12）

由于熱輻射，光量子的波動服從Gibb分布

P（ni）=■ （13）

可得光量子的波動引起的噪聲熵

H（nI）=π2Kt/3hln2 （14）

由（12）式，可得單位時間內信號的平均能量

S=EI=■■■xi ρ（xi）hfi （15）

而輸出信號的平均功率是

■■■yi ρ（yi）hfi

=S+■■■ni ρ（ni）hfi （16）

所以，對于窄帶的光量子信道，帶寬f

就等于Shannon信道容量公式。

五、結束語

Shannon信息論是一套數學理論，而在物理效應非常明顯的量子世界里討論信息問題時，量子信息論起著支柱作用。它的實用性在量子密碼通信和量子計算機已經初步實現。[7]現代信息論的理論與方法變得更加全面和深刻。必將在包括光通信在內的廣闊通信領域發揮重要作用。

參考文獻：

[1] 周正威，等.量子信息技術縱覽[J].科學通報，2012（17）.

篇8

以下三個案例，或許對家長有所啟發。

媽媽怕吃虧，女兒不合群

婉婉是幼兒園里出了名的小氣鬼，才5歲的小姑娘，對自己的東西特別有意識，而且遇到糾紛強硬得很，打人罵人是常有的事，所以，誰都不愿意跟她一起玩。小朋友一起做游戲，相互交換玩具是難免的，有糾紛也是難免的，通常不會鬧出大亂子，多數情況老師不必出面，孩子們便能自己解決問題，但偏偏婉婉不是省心的主兒，很容易把小摩擦升級為大矛盾。

“別碰我的東西！那是我的！”這是婉婉的口頭禪。只要聽到這聲斷喝，老師就緊張，因為接下來一定會有人哭——不是婉婉，而是惹婉婉的小朋友——然后是大家一起對婉婉起哄，噓她，最后是婉婉一個人坐在地上放聲大哭。

以上劇情經常上演，倒也沒什么奇怪的，孩子會慢慢改變自己，適應環境。奇怪的是，如果婉婉媽恰好在場，她不是安慰女兒、開導女兒，而是抱起女兒，說“別哭，是別人先搶你東西的，是別人不對”之類的話，然后在眾人的錯愕目光中揚長而去。

婉婉媽不認為自己是個吃不得虧的人，反而認定自己是吃虧的命。她認為女兒太單純、太聽話，性格軟弱，總被小朋友欺負，所以她要有意識地支持女兒勇敢反抗。她何以對女兒有如此錯誤的認識？這要從她自己的成長說起。

婉婉媽和苗苗媽從中學到大學一直是同學，同年生孩子，平時也經常來往，但相處得并不和睦。婉婉媽覺得苗苗媽太強勢，從小到大各方面總壓自己一頭，苗苗也挺強勢，一起玩游戲時總喜歡指揮婉婉，于是極不服氣，好幾次兩家聚會不歡而散。婉婉媽總是教訓女兒：“媽媽告訴你，下次苗苗讓你干這干那，你不要聽她的。她憑什么當你的領導？你要是再那么沒骨氣，媽媽就不喜歡你了！”婉婉諾諾點頭，似懂非懂。類似的話聽多了，婉婉也變得強硬起來，拼命維護自己的利益。苗苗和媽媽都覺得婉婉不好相處，慢慢兩家聯系得也少了。

但是婉婉已經被媽媽同化了，行為模式固定下來。她不僅極其看重自己的利益，而且說一不二，不容商量。在幼兒園，小朋友手拉手站圓圈時，她一會兒嫌棄這個，一會兒又拒絕挨著那個，弄得大家都討厭她。

在小區里，婉婉媽與鄰居的關系也不好，她覺得鄰居嘴巴都像涂了蜜，心里卻很會算計，所以經常囑咐女兒要提防小朋友，不要被別人占了便宜。久而久之，婉婉也像媽媽那樣，對人戒備心很重，遇事往壞處想?？上攵?，這樣的心態怎么會有良好的人際關系呢？怎么能不離群呢？

稍有心理學常識便不難看出，婉婉媽是把女兒看成了年幼的自己，她的誤區是把自己在成長過程中積攢下來的偏激想法移植到女兒身上，用善與惡、吃虧與占便宜等成人邏輯歪曲孩子的行為。實際上，孩子爭搶玩具的目的非常直接，就是要得到想得到的東西，或者是看到小朋友搶，自己也跟著模仿。此類行為是孩子適應環境，學習交際所必須經歷的，家長不必大驚小怪。

媽媽不自信，兒子沒激情

虎子媽是一位對家庭教育很執著的媽媽，執著得近乎瘋狂。她給兒子報了鋼琴班、幼兒英語班、小主持人班、思維訓練班、乒乓球班……能報的班幾乎都報了。報這么多班，花費自然不菲，虎子媽的月工資4000元全用在孩子學費上還緊張，她就業余炒股票、賣墓地，甚至織毛衣賺錢。經濟上的不惜血本遠遠不夠，還要在時間上、體力上付出?；⒆計専o怨無悔，已經堅持了三年，并表示將一直這樣付出下去。她的希望當然是兒子出人頭地。

遺憾的是，6歲的虎子卻不爭氣，整天沒精打采的，經常在興趣班上睡大覺，早上起床特別費勁，動不動就大哭大鬧，還拒絕吃早餐。幼兒園老師反映，虎子經常保持沉默，不愿與小朋友們一起玩耍。

虎子媽的瘋狂并非望子成龍那么簡單，背后有深刻的心理淵源。她小時候非常喜歡音樂、繪畫，而且表現出了一定的天賦，但因為家庭經濟條件不好，父母無力培養她，所以她對自己的成長懷有深深的遺憾。同時，家境貧寒也令她格外自卑。長大一點，眼見大伯和三叔家的孩子因為家境好，學了不少特長，過年聚會時都要露上一手，唱歌、跳舞、拉琴、畫畫，她羨慕得不得了，也羞愧得不得了，因為她沒一樣拿得出手。她像丑小鴨一樣默默地坐在一邊當觀眾，內心在哭泣。給壓歲錢的時候，奶奶偏心，總是給堂哥堂姐多一些，說是補貼課外班的學費?；⒆計尭y過了。

不快樂的童年經歷使虎子媽信奉叢林法則：沒有本事就該受委屈，正如羊沒資格抱怨被狼吃不公平一樣。直到現在，她在堂哥堂姐面前還有烏云壓頂的感覺。唯一讓她欣慰的是，兒子在家族的這一代中是最聰明、最漂亮的。聚會時，她仿佛有了揚眉吐氣的資本。同時，她暗下決心，不管自己如何吃苦，都要好好培養虎子，決不能讓他重蹈覆轍?？上攵?，有這樣偏激的心態，虎子媽給兒子報班怎么能不瘋狂！

不難看出，虎子媽的瘋狂舉動，其實是她內心強烈的自卑感在作祟，她渴望兒子能圓自己的學藝夢，給自己掙面子，亦即以犧牲兒子的童年快樂來滿足自己隱秘的內心需求，千方百計地創造證據來證明自己的價值。當然，虎子媽并非有意為之，而是完全不自知。

培養孩子的興趣愛好并沒有錯，但家長一定要認真審視自己的動機，讓孩子背負家長的夢想、彌補家長的遺憾是危險的，也注定不會有好的結果。

媽媽太無私，女兒缺失愛

篇9

如果你是一名，那么記住，請千萬別寫自己的故事。

我寫了太多關于自己的故事，寄希望于筆下，結果卻是一場空

老師說，如果有一件事你反復的回憶，那將變成永久性回憶，那么你，可能就是我的永久性回憶吧。

其實，懷念是接近美麗的過程，只是再也回不到過去的旖旎。

《一個人的生活，一個人也可以快活》

我獨自游走在這個城市，走走停停

所有人都看見了現在慵懶的我，再也沒有提起當年的切膚之痛。

為了自己的愛情奮不顧身，他總說我們同類彼此心心相惜，卻忘了同類也會互相殘殺。

那些被前度傷害得遍體鱗傷的人，剩下一個小角落

沒有人進出，只是自己蜷縮在那個陰暗的角落里，

窺視著。

《分一半的愛給曾經，剩下的一半留給現在的自己》

我不優秀不完美，個性不開朗也不明媚

有大智慧也有小聰明，策劃了很多次逃亡，

都敗給了勇氣。

我一直認為自己是一個壞孩子，壞到腐爛的孩子

但是我愛我的那些朋友，雖然時常埋怨他們不夠了解我，雖然這句我愛你說得毫無分量

但愛，是存在的。

十六歲，算不上大也算不上小的年紀，

漸漸開始明白歌詞中的暗傷，開始認識這個社會的爾虞我詐

每一人都有自己陰暗的一面，

別人總說，喜歡我的一切

倘若我顯露了本身邪惡，又有誰不會落荒而逃呢。

《逞強，總有一天我會和逞強一樣強》

總習慣把問題一拖再拖

拖到最后終于有人忍不住看我的惰性而幫忙解決

于是，我便學會了坐享其成。

我不愿意與誰顛沛流離，也不愿意為了誰歇斯底里。

見證了太多的悲歡離合，我不再為了一點小事而驚慌失措

總該面對的，那年的別離，不也是這樣熬過來的嗎。

我只會死撐，但即使是死撐，我也會死撐得獨具一格。

我知道，這就是現實，不如小說里面的風花雪月，卻比小說更殘忍。

《每個人的心里，都裝有一個無可替代的故事》

自己偷偷寫的小說，被我連同底稿丟盡了垃圾桶，與惡臭作伴。

制造理所當然或者出乎意料的結局，流著自己的眼淚，

告訴自己，這不是自己，所以要更珍惜現在。

篇10

——題記

又是一個父親節，女孩心里想著，父親節又怎樣呢，與父親的關系不冷不熱，在一起又無話可說，即使是父親節，我又能能做些什么呢？

回到家，父親依舊是那樣毫無表情地看著她，滿桌的飯菜，飄得滿屋的香氣，然后，她和父親靜靜地坐下，靜靜地吃飯，飯桌上有的只是碗筷碰撞在一起的聲音，母親死后，天天如此，女孩鼻子一酸，掩住即將落淚的眼睛，輕聲說道：“我做作業去了”。

月朗星稀，漆黑的夜空顯得格外的神秘，像父親的雙眸一樣，女孩想?；貞浧鹜?，與媽媽在一起的美好時光，女孩覺得心酸，父親根本就不懂我，我們之間只有沉默，沉默，沉默。只是這種生活，是父女之間的嗎？我們的心好像是兩扇門，用鎖鎖住，誰都不能了解誰，誰都不能明白誰。

女孩想了很多，只是這門，什么時候才能打開？

天亮了，睜開朦朧的睡眼，令女孩又驚奇又震驚，桌上放著一只憨態可掬的陶瓷小豬，小豬的手上拿著一把鑰匙。鑰匙？鑰匙？女孩似乎想到了什么，小豬下還有一張卡片，“女兒，生日快樂！”女孩忘了，父親節也是自己的生日。

她沖出家門，風一樣的奔跑，來到花店買了一束鮮花，回到家后，父親正在準備早點，陽光透過窗戶照射到父親的頭發上女孩發現，父親競有了白發，父親老了，真的老了。