| mykun | 2016-03-24 11:20 |
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理论基础：量子纠缠 量子纠缠是指相距遥远的两个量子所呈现出得关联性。科学家早就发现，处于特定系统中的两个或多个量子，即使相距遥远也总是呈现出相同的状态，当其中一个量子状态改变时，其他量子也会随之改变。 在量子纠缠的帮助下，带传输量子携带的量子信息可以被瞬间传递并被复制，因此就相当于科幻小说中描写的“超时空传输”，量子在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。 通信基础：不可克隆、测不准 量子力学的基本特性，简单的说可以说基于量子态不可克隆原理和海森堡测不准原理。 不可克隆说的是不存在量子态的复印机，能够实现量子态的完美复制（不完美是可以的）。 测不准就是说你对量子态进行的测量很有可能改变它的状态。比如原来是1，可能测完就变成0.5了。 既然测不准，还怎么通信？ 技术突破：非摧毁性测量 但想测量一下光子，再让远方复制，实现起来是非常困难的。由于太小，光子“一触而溃”，再精细的测量也让它面目全非。 中科大网站介绍说，1997年，国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证，该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。 然而，以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限，即只能传输单个自由度的量子状态，而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的基本粒子，如单光子，它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。 潘建伟对科技日报介绍说：“测量一个自由度，不干扰其他自由度，很困难。好比测量身高，尺子一拉，体重就受了影响。” 中科大此次就是进一步发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力，研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件，突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台，从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。 量子通信的本质 量子通信希望解决的是通信的安全性问题。它干的事情并不是加密，而是把密钥分配给需要保密通信的双方，密文的发送仍然可以通过标准的通信手段来完成。明确了量子保密通信的任务之后，这个过程要保证的就是首先要能够在A B两人之间实现密钥的分配，其次要保证分配的过程中不会使未授权的第三方得到密钥的内容。 假设A发给B一个密钥，对于A是已知的，对于B是未知的。E想来看看A发的是什么（E是无授权的第三方），那么直接的办法是我先把你的截下来，测量一下我就知道了，但是实际上是不行的。第一，E截取了也无法完美复制，于是只能做单次测量，（若能完美复制，E就能复制无穷多个去测量去，总能测清楚）。那E来做单次测量，单次测量量子态之后，A发送的原始态就变化了，B收到之后再问问A你发的是什么啊？B一测量，太变化了，那就有人qieting了，我们分享的密钥不安全了，这就是qieting的发现。 所以：一、量子密钥分配不做通信，只分配密钥；二、量子密钥分配不主动防护qieting，而是被动探测qieting；三、量子密钥分配需要常规通信，无法超光速（这点大家容易误解）；四、qieting的探测基于量子力学的基本原理（不可克隆和测不准），所以叫做量子密钥分配。 量子通信的进展—毫秒级、200公里、量子通信卫星 近日，《合肥日报》从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组，成功实现确定性单光子的多模式固态量子存储。该成果在国际上首次实现量子点与固态量子存储器两种不同固态系统之间的对接，并实现了100个时间模式的多模式量子存储，模式数创造世界最高水平，为量子中继和全固态量子网络的实现打下了坚实的基础。 目前已经实验验证的量子存储或量子中继方案都是基于概率性光源的存储，因为一般光源的发光介质是由大量的原子构成，具体由哪些原子发光是不确定的，光子产生几率一般低于1%，且每次发射不能保证只有一个光子，因此这类方案的长程纠缠分发时间预计将在分钟量级以上。 在国家科研项目支持下，李传锋研究组利用自组织量子点(一种人造的固态原子体系)产生确定性单光子源，然后通过光纤传输到5米外的另一个光学平台上的固态量子存储器中。他们利用局部光学加热方法调节单光子的波长，与固态量子存储器的操作波长相匹配，然后把单光子存储到研究组自主研发的固态量子存储器中，并测得单光子偏振态的存储保真度为91.3%。 之后，他们进一步实验实现确定性单光子的100个时间模式的多模式量子存储，即一次可以存储100个脉冲、每个脉冲中有一个单光子，模式数创造了世界最高水平。 李传锋介绍说，该成果实验演示了加速纠缠分发的两个最重要的要素，即确定性量子光源和多模式量子存储。前者可以指数加速纠缠分发，后者可以线性加速，两者结合在一起预计可以使长程纠缠分发的时间缩短到毫秒量级。该成果还首次实现了两个固态量子节点，即量子点和固态量子存储器的对接，向实现全固态量子网络迈出了重要的一步。（2015年10月） 中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、陈腾云与中国科学院上海微系统所和清华大学的科研人员合作，将可以抵御黑客攻击的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里，创下新的世界纪录。11月7日出版的国际权威物理学期刊《物理评论快报》发表了这一重要成果。（2014年11月） 去年召开的“2014量子通信、测量和计算国际学术大会”上则透露，中科院“量子科学实验卫星”工程目前进展顺利。中国将在第一颗卫星工程顺利发射后，进一步开展研究，到2030年建成全球化的量子通信卫星网络。 量子通信的国家政策扶持 刚发布的“十三五规划建议”指出，以2030年为时间节点，再选择一批体现国家战略意图的重大科技项目，力争有所突破。而在提及的七大项目中就包含量子通信。 作为信息传输安全的解决方案，量子通信成为各国重点攻关的方向，而我国在这一领域也处于世界领先地位。国信证券(21.12, -0.03, -0.14%)研究报告称，国内已准备将量子通信进行商用。量子通信可能成为继高铁、核电外又一张国家“名片”。 量子通信的产业化前景 由于绝对安全的特性，量子通信在通信、保密、金融等领域有着巨大需求。兴业证券研究报告指出，未来，量子通信技术市场规模有望达到千亿元级别。 以国防领域为例，量子通信能应用于通信密钥生成与分发系统，构成作战区域内机动的安全通信网络；能用于改进光网信息传输保密性，由此提高信息保护和信息对抗能力；还能应用于深海安全通信，为远洋深海安全通信开辟崭新途径和目标，为国防赢得先机。 目前我国量子通信已商业化。10月28日，以潘建伟为技术指导核心的浙江神州量子网络科技有限公司的运营公司，将投入1.7亿元，建设“杭沪量子商用干线”，这是国内首条量子通信商用干线，建成后可实现沪杭区域内政府、企业、金融机构等通信数据的绝密传输。 据悉，在量子通信城域网方面，我国已建设完成合肥城域网、济南城域网；在量子通信干线方面，我国正建设世界最远距离的光纤量子通信干线京沪线，预计将于2016年前后建成。此外，中国计划在2016年先于欧美发射量子科学实验卫星。 作为通信技术的未来演进方向，量子通信业终将进入广域网、城域网等公网市场内。目前，三大运营商的资本支出主要决定国内公网投资建设的市场规模。由于4G投资，三大运营商近两年的资本支出出现一定程度上涨，达到4000亿元左右。未来随着4G投资的结束，以及“营改增”对于三大运营商的利润压力，预计其每年资本支出将出现一定程度的回落。 国信证券分析师指出，若未来5年至10年内，仅在公网市场，量子通信对于传统通信的替代率为2%，量子通信在公网市场中的规模将达到60亿元左右。 附录：相关公司题材资料 600522，中天科技 2014年向中科大上海研究院捐赠量子保密通信技术研究所需光纤光缆及器件，产品用于中科大上海研究院的“300公里超长距离量子通信安全密钥分发实验”项目。 由此推断，公司做为国内光电缆品种最齐全的企业，未来可能研制适配与量子通信线缆的相关设备。未来量子通信建设时会优先采购公司电缆设备 同时中天科技学院“大讲堂”举办了“量子信息”科普讲座，董事长薛济萍听取讲座，并在讲座结束后与专家们进行了交流，积极寻求进军量子通信。 000988，华工科技 光电子器件，国内领先的光通信企业，在激光发射器、光器件等领域拥有独特的优势。 600120，浙江东方 参股了浙江神州东方量子网络技术有限公司。后者作为浙江省首家量子通信产业化平台，主要从事浙江省内量子保密通信固网建设和运营业务。 【详情】：据媒体报道：公司 49%参股的浙江国贸东方投资管理公司旗下东方资本（规模 5.7 亿，公司出资 1.5 亿）与中科大量子通信技术团队达成意向，出资了 4000 万参股在浙江省杭州市海创园内设立“浙江神州东方量子网络技术有限公司”。 该公司作为浙江省首家量子通信产业化平台，将由国贸东方投资管理公司联合中科大量子物理和量子信息技术团队等组建，主要从事浙江省内量子保密通信固网建设和运营业务。 【更新补充】：经网友 提醒，子公司名为“浙江神州量子通信技术有限公司”，与媒体报道有所出入，已在公示系统查询得到。  [size=; font-size: inherit,inherit]000555，神州信息 子公司中标量子通信京沪线室内联调系统，中标额度达亿元以上。 【详情】：量子信息“京沪干线”即将进入正式建设期，分为两阶段：第一阶段为开展小规模系统的室内联调；第二阶段是在此基础上做全线项目的集成建设，建成后将负责金融、电子政府、多媒体互联网等多个领域长途加密通信的应用验证。神舟数码系统集成公司以第一名中标室内联调系统，如果能够顺利完成技术验证和应用示范项目的室内联调，将有望成“京沪干线”的整体系统集成商。神州数码是神州信息的下属子公司。 600990，四创电子 46节点量子通信网络示范工程。 潘建伟团队与中国电子科技集团公司第38研究所等机构合作，在合肥市及周边地区启动建设一个46节点量子通信网络示范工程，为量子通信的大规模应用积累工程经验。 四创电子-公司大股东正是中国电子科技集团公司第38研究所持有公司5742万股，占比42%。中国电子科技集团公司第38研究所---量子通信研究主力军之一，该所与中国科学院、中国科学技术大学先进技术研究院等均在量子通信技术方面有战略合作。 002222，福晶科技 公司主要从事非线性光学晶体、激光晶体及精密光学元器件的研发、生产和销售，其产品广泛应用于激光、光通讯等工业领域。安信证券研报提及，公司在激光晶体材料领域全球领先，也是量子通信必不可少的产业环节。 000839，中信国安 子公司参与潘建伟团队在合肥建成的世界上规模最大的46节点量子通信试验网项目。 【详情】：公司是一家以信息产业为主营的高科技上市企业，主要从事信息网络基础设施业投资建设、信息服务业中的相应服务与应用软件开发。中信国安合营企业合肥有线电视宽带网络有限公司参与潘建伟团队在合肥建成世界上规模最大的 46 节点量子通信试验网项目。中信国安目前持有合肥有线电视宽带网络有限公司 40%的股份。 000543，皖能电力 中国科学技术大学联合安徽省皖能集团（皖能电力第一大股东）和铜陵润丰集团，合资成立安徽量子通讯技术有限公司，将进行安徽的量子通信建设。 300297，蓝盾信息 蓝盾信息安全技术股份有限公司与华南师范大学信息光电子科技学院近日签署了《共建量子密码技术联合实验室框架协议》，双方拟共同筹建量子密码技术联合实验室。联合实验室的总体目标是通过校企产学研合作，推动量子密码技术的产业化应用，分步骤推出量子密码网络的通信终端产品和网络节点产品，构建量子密码应用网络，最终为信息安全领域提供量子密码产品的销售和具体 |
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