【正文】 一、引言 量子計算可以加快某些函數(shù)的運算速度； 量子因特網(wǎng)具有安全性，并集信息處理和傳輸于一體，可實現(xiàn)多端分布計算，降低通信復雜度； 量子密碼可以確保量子密鑰分配的安全性，與一次一密算法的不可破譯性相結合，可提供不可竊聽、不可破譯的安全保密通信。 一、引言 以 比特 (0或 1)作為信息單元 , 稱為 經典信息 。 量子比特： .1,10 222121 ???? CCCC????? N????? 4321量子信息是經典信息的擴展和完善，正如復數(shù) z=x+iy是實數(shù)的完善和擴展。 0 1 0 1 0 1 0 偏振態(tài) 經典比特 一、引言 單光子干涉 D1 D2 單光子 分束器 光電探測器 上 下 ? ?下＋上21?? 量子態(tài)有何特殊性質？ 一、引言 一則漫畫 一、引言 量子信息過程遵從量子力學原理，于是可實現(xiàn)經典信息無法做到的新信息功能。 一、引言 量子不可克隆定理： 不存在物理過程可精確地復制任意量子態(tài)。 量子糾纏態(tài) ? ??????? 21AB?A－ B構成“量子通道” 。 B. 量子不可克隆定律保證敵人不可能拷貝信息。 BB84方案 ?相位編碼 二、量子密碼 窄帶激光光衰減器普通 dB分束器偏振無關相調制器普通 dB分束器普通 dB分束器普通 dB分束器偏振無關相調制器單光子探測器1單光子探測器2干線光纜室內：英國人 122公里；日本人（測試） 150公里 雙不等臂 MZ干涉儀方案 二、量子密碼 英國 （ 122公里， 2022年 4月）； 日本 （ 150公里，測試） 實驗室內結果 二、量子密碼 0公里 50公里 25公里 75公里 雙不等臂 MZ的不穩(wěn)定性 二、量子密碼 單光子探測器1單光子探測器2衰減器1550n m激光器環(huán)行器dB分束器相位調制器偏振分束器干線光纜相位調制器分束器Pin 二極管衰減器光子存儲線法拉第反射鏡日本人 100公里（室內）；瑞士人 67公里（通訊線路） 法拉第反射鏡往返式方案 二、量子密碼 （ 1）瑞士（日內瓦湖底 67公里，實際通訊線路） 二、量子密碼 （ 2）日本 （ 100公里， NEC 2022，實驗室內） 二、量子密碼 世界上第一臺商用量子密碼機 NAVAJO 二、量子密碼 光纖量子密鑰分配實用化研究遇到的關鍵性問題： ?往返式 MZ干涉儀，穩(wěn)定但不安全 (可用木馬光子竊聽而不被發(fā)現(xiàn) ) ?單向式 MZ干涉儀，安全但不穩(wěn)定。 (申請發(fā)明專利 ) 二、量子密碼 穩(wěn)定性 （測試距離 175公里） 條紋長期穩(wěn)定 相位緩慢漂移 二、量子密碼 極限傳輸距離 二、量子密碼 三代核心裝置 2022 2022 2022 二、量子密碼 光纜線路圖 二、量子密碼 二、量子密碼 二、量子密碼 二、量子密碼 天津 — 發(fā)射端系統(tǒng)圖 1550激光器 1530激光器 100M光端機 CWDM 波分復用器 計算機 可調衰減器 光學調制器 光纜干線至北京 (量子信道 ) 光纜干線至北京 (經典信道 ) 光環(huán)行器 二、量子密碼 北京 — 接收端系統(tǒng)圖 同步信號探測器 100M光端機 CWDM 波分復用器 計算機 單光子探測器 光學調制器 至天津光纜干線 (量子信道 ) 至天津光纜干線 (經典信道 ) 光環(huán)行器 二、量子密碼 解決了相位編碼量子密鑰分配系統(tǒng)在實際通信線路中的長期高穩(wěn)定度運行問題； 使用較少（一對光纖線路）的光纜線路資源實現(xiàn)了量子密鑰分配與加密圖像信號的傳輸； 本實驗的結果證明： 125公里范圍內的實際光纜線路量子保密通信的關鍵性技術障礙已經全部克服！ 目 錄 一、引言－ 后莫爾時代的新技術 二、量子密碼 三、量子因特網(wǎng) 四、量子計算 五、量子信息基礎理論 六、結論 三、量子因特網(wǎng) 量子通信按 量子通道 可分為兩類： （ 1） 恒等變換通道 如光纖，在理想場合，量子比特在傳送過程不發(fā)生變化，即保真度為 1。 三、量子因特網(wǎng) 量子通信網(wǎng)絡 比起現(xiàn)有網(wǎng)絡有顯著優(yōu)越性： 保密性強，集信息處理與傳送為一體，通信復雜度降低等。 如圖 2所示，量子因特網(wǎng)的功能是在網(wǎng)中任何兩個通信節(jié)點之間實現(xiàn)量子信息的交換，或者多個節(jié)點協(xié)同進行分布計算，其核心技術包括：量子態(tài)工程、量子通道、糾纏操控、量子信息處理器、量子測量技術等。人們正致力研制這種光子源，但尚未完成實現(xiàn)。 （ 3）量子存儲器：它應必須能有效地存儲量子信息，以備進一步操作或傳送之用，主要研究內容是尋找能夠長時間保存量子態(tài)的物理系統(tǒng)，并且要能克服環(huán)境的干擾即消相干問題。 三、量子因特網(wǎng) 信源編碼理論 研究如何在保持不失真的前提下有效壓縮量子信源的冗余度，以增大傳輸效率，涉及到量子信息度量問題，如保真度、距離熵、Holevo信息和可獲取信息，以及信源編碼問題，如編碼基的選取、對混合態(tài)和有限序列進行壓縮編碼等。包括： 信道消相干及其克服辦法：消相干過程，量子糾錯編碼， DFS編碼和 QND測量壓制損耗等。 三、量子因特網(wǎng) 量子中繼原理和技術，解決所傳送的量子信息保真度隨距離指數(shù)衰減的難題，量子中繼通過糾纏交換將能有效制備和自動進行糾纏純化的短距離量子通道擴展為更遠距離，其結構復雜度是距離的多項式函數(shù)。 三、量子因特網(wǎng) 基于量子糾纏的量子通信 目的：在相距甚遠的用戶之間傳送量子態(tài) 。 存在問題： 所需的部分糾纏通道數(shù)隨距離增大指數(shù)增長。這是確保通信效率多項式擴展的核心。 在這個實驗中，我們在室溫 Rb原子氣體中觀察這個非經典關聯(lián)。 三、量子因特網(wǎng) 三、量子因特網(wǎng) S1 Gate1 S2 Gate2 s?1s?1 s?200?????A full duty cycle (a) (b) (c) acbw??acbr?39。 Kimble組的延遲時間為 400ns，我們的為 2?s。 量子態(tài)的探測 研究如何有效地提取信息，涉及到單光子探測技術，Bell態(tài)測量和廣義量子測量、 QND測量等。 三、量子因特網(wǎng) 目 錄 一、引言－ 后莫爾時代的新技術 二、量子密碼 三、量子因特網(wǎng) 四、量子計算 五、量子信息基礎理論 六、結論 四、量子計算 經典 量子 可存儲 0或 1（一個數(shù)） 可同時存儲 0和 1（兩個數(shù)） 一個存儲器 兩個存儲器 經 典 量子 可存儲 00,01,10或 11(一個數(shù) ) 可同時存儲 00,01,10,11(四個數(shù) ) 量子計算機的并行計算能力 四、量子計算 N個存儲器 經典：可存儲一個數(shù) （ 2N 個可能的數(shù)之 中的一個數(shù)） 量子：可同時存儲 2N 個數(shù) 因此，量子存儲器的存儲數(shù)據(jù)能力是經典的 2N 倍，且隨 N指數(shù)增長。 四、量子計算 計算是對數(shù)據(jù)的變換 經典計算機 對 N個存儲器運算