量子通信的基本原理
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2025-02-28
量子
原物
传送
经典
量子态
隐形
粒子
传输
接收者
子态
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量子通信的基本原理
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、 量子通道和量子测
量装置 .按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类 .前者主要用于
量子密钥的传输 ,后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发 .所谓
隐形传送指的是脱离实物的一种 “完全”的信息传送 .从物理学角度 ,可
以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息 ,然后将这些
信息传送到接收地点 ,接收者依据这些信息 ,选取与构成原物完全相同
的基本单元 ,制造出原物完美的复制品 .但是 ,量子力学的不确定性原
理不允许精确地提取原物的全部信息 ,这个复制品不可能是完美的 .因
此长期以来 ,隐形传送不过是一种幻想而已 .\x0d1993年,6位来自不同
国家的科学家 ,提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传
态的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方 ,把另一个粒
子制备到该量子态上 ,而原来的粒子仍留在原处 .其基本思想是：将原
物的信息分成经典信息和量子信息两部分 ,它们分别经由经典通道和
量子通道传送给接收者 .经典信息是发送者对原物进行某种测量而获
得的 ,量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得
这两种信息后 ,就可以制备出原物量子态的完全复制品 .该过程中传送
的仅仅是原物的量子态 ,而不是原物本身 .发送者甚至可以对这个量子
态一无所知 ,而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上 .在这个方案
中 ,纠缠态的非定域性起着至关重要的作用 .量子力学是非定域的理论 ,
这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实 ,因此 ,量子力学展现出
许多反直观的效应 .在量子力学中能够以这样的方式制备两个粒子态 ,
在它们之间的关联不能被经典地解释 ,这样的态称为纠缠态 ,量子纠缠
指的是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联 .量子隐形传
态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要
意义 ,而且可以用量子态作为信息载体 ,通过量子态的传送完成大容量
信息的传输 ,实现原则上不可破译的量子保密通信 .
1997年,在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯
特等人合作 ,首次实现了未知量子态的远程传输 .这是国际上首次在实
验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上 .实验中
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