远距离量子通信研究取得重大突破

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 07:39:25
没看懂这东西到底是啥玩意,有懂的给说道说道

    新华网北京1月11日电(记者 李江涛)由清华大学、中国科技大学等单位组成的联合研究团队最近在远距离量子通信研究上取得重大突破,在国际上率先实现绝对安全距离大于100公里的量子保密通信。

    我国科学家采用诱骗信号方法在国际上率先实现了以弱激光为光源、绝对安全距离大于100公里的量子密钥分发。这是我国科学家继五光子纠缠态制备与操纵、自由空间量子纠缠分发以及复合体系量子态隐形传输等重要研究成果后,在量子通信实验领域取得的又一国际领先的研究成果。

    据介绍,由于量子加密术可以提供一种原理上绝对安全的通信手段,远距离量子保密通信在国防上具有重大应用价值。自上世纪90年代以来,国内外众多研究小组开始致力于利用弱激光光源进行量子密钥分发的实验研究。目前,在弱激光光源条件上,已有多个实验报道了超过100公里的量子密钥分发。但是,由于存在光子数分离攻击,即使在最理想的条件下,所有这些实验实现的最大安全距离都无法超过20公里。因而,以往所谓远距离量子密钥分发的实验结果原则上都有安全漏洞。

    2005年初,由潘建伟、王向斌、杨涛、彭承志和马怀新等人组成的联合研究小组开始利用诱骗信号方法进行远距离量子密钥分发的研究。经过近两年的联合攻关,2006年夏,他们在国际上率先取得并宣布距离大于100公里的实验结果。随后,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室,欧洲慕尼黑大学——维也纳大学联合研究小组也相继独立获得了采用诱骗信号方法进行量子密钥分发的实验结果。上述三个实验结果已同时发表在2007年1月5日出版的重要物理学国际期刊《物理评论快报》上。清华大学物理系彭承志博士是清华、中国科技大联合研究组论文的第一作者。没看懂这东西到底是啥玩意,有懂的给说道说道

    新华网北京1月11日电(记者 李江涛)由清华大学、中国科技大学等单位组成的联合研究团队最近在远距离量子通信研究上取得重大突破,在国际上率先实现绝对安全距离大于100公里的量子保密通信。

    我国科学家采用诱骗信号方法在国际上率先实现了以弱激光为光源、绝对安全距离大于100公里的量子密钥分发。这是我国科学家继五光子纠缠态制备与操纵、自由空间量子纠缠分发以及复合体系量子态隐形传输等重要研究成果后,在量子通信实验领域取得的又一国际领先的研究成果。

    据介绍,由于量子加密术可以提供一种原理上绝对安全的通信手段,远距离量子保密通信在国防上具有重大应用价值。自上世纪90年代以来,国内外众多研究小组开始致力于利用弱激光光源进行量子密钥分发的实验研究。目前,在弱激光光源条件上,已有多个实验报道了超过100公里的量子密钥分发。但是,由于存在光子数分离攻击,即使在最理想的条件下,所有这些实验实现的最大安全距离都无法超过20公里。因而,以往所谓远距离量子密钥分发的实验结果原则上都有安全漏洞。

    2005年初,由潘建伟、王向斌、杨涛、彭承志和马怀新等人组成的联合研究小组开始利用诱骗信号方法进行远距离量子密钥分发的研究。经过近两年的联合攻关,2006年夏,他们在国际上率先取得并宣布距离大于100公里的实验结果。随后,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室,欧洲慕尼黑大学——维也纳大学联合研究小组也相继独立获得了采用诱骗信号方法进行量子密钥分发的实验结果。上述三个实验结果已同时发表在2007年1月5日出版的重要物理学国际期刊《物理评论快报》上。清华大学物理系彭承志博士是清华、中国科技大联合研究组论文的第一作者。
具体地说,量子力学预言在相互纠缠的微观粒子(如电子、光子等)之间存在某种非定域关联,如果我们对其中的一个粒子进行测量,另一个粒子将会瞬时‘感应’到这种影响,并发生相应的状态变化,无论它们相距多远。……”

  当然,这仅仅是我的猜测,我不是搞物理的……所以,期待学霸们的分析……
  可以参考的东西:

  http://www.chinainfo.gov.cn/data/200604/1_20060420_134457.html

  在美国国家标准与技术研究院(NIST)的量子密钥分配(QKD)系统中,一种单行量子信道使用激光产生一束单一光子束,该光子束在光纤中进行传输。光子束中的光子是量子密匙原材料的载体。同时,一个双向传统光纤信道被用来进行数据的处理以改善密匙的可靠性和安全性。这些要传输的数据由NIST特别设计的电路板进行实时处理。

  在400万比特/秒的传输示范中,NIST的系统在四个不同的方向进行了光子束的传输和接收。这些光子束发送有两种模式:垂直/水平发送,+45°/-45°发送。在每一种模式中,在方向的一端的比特值为0,另一端的比特值为1。

  为了使它们的工作机制更形象化,想象一下,每一个光子相当于一个信封垂直于地面移动(垂直值=1),平行于地面移动(水平值=0),以右偏45°的角度移动(+45°值=1),以左偏45°的角度移动(-45°值=0)。每一个光子都以两种类型中的一种进入接收器,或者说“邮箱”中。

  发射器,通常成为艾丽斯,在发送前随机为每一个光子分配一种模式和一个方向。接收器,通常称为鲍勃,当探测到光子时,随机在两种模式中选取进行解码。这相当于选择一个信箱位置,这个位置只接收特定方向过来的信件。当艾丽斯对光子分配的编码正好和鲍勃的解码相符并被读取时,比特值有效;反之,光子所代表的比特值则无效。

  使用光纤带来了一个特别的技术挑战,因为艾丽斯发射的光子束由于光纤的弯曲使得方向上会出错。NIST的研究人员研究出了一种新的恢复方法,包括对邮箱的自动校准,使得当光子束到达鲍勃时能恢复量子的初始状态。

  为了使得光子束有一个共享的“密匙”,艾丽斯在发送前告诉鲍勃分配给每个光子的模式(但并不暴露其比特值),然后鲍勃告诉艾丽斯在使用正确的邮箱时,哪些光子是他真正接收和测量到的(同样不共享比特值)。随后两边都把其他的比特值丢弃,即那些鲍勃用错误的邮箱接受到的比特值。正确的测量方法组成了初始的“经筛选的”密匙(原始密匙),这一密匙由艾丽斯和鲍勃共享。

  如果有人,通常称为伊夫,设法接进了光纤并准备“窃听”其中的传输数据,如果她没能留下自己在场的线索将无法“阅读”这些数据。因为量子物理学的规则,使她不能完整地复制光子束,如果她想要这么干的话,将会改变其中光子的方向。如果她试着用另外一个光子来取代原来的光子并进行测量,她很可能会用错邮箱,有时会接收到错误的比特值。同时可能对艾丽斯和鲍勃共享的密匙带来错误,一旦艾丽斯和鲍勃探测到一串错误信息,他们将马上对伊夫的存在有所警觉。

  在经过筛选的密匙真正使用前,它还要经过进一步的处理,因为艾丽斯和鲍勃需要统一的密匙来进行可靠的加密和解码过程。在这一技术完美的设想中,艾丽斯和鲍勃所共享的密匙中没有任何错误和矛盾,除非有窃听者对里面的光子做了改动。但真实情况下,由环境影响产生的其他一些错误还是会出现。QKD系统需要改正这些错误,并且越少泄漏关于密匙的信息越好。因为我们要假设,伊夫可能随时在监听着。传统的错误-修正过程需要艾丽斯和鲍勃之间进行不断的通信,并且时间很慢。NIST研制出了不需要过多通信而且速度也更快的方法。

  在NIST的方法中,传输器和接收器的密匙被分为一个个片断,可以在1秒时间内迅速测定其中是否有奇数或偶数。这些测得的结果被用来估计密匙中整批的数据错误率。而数据的批量分割由错误率决定。

  然后整个系统对每个含有错误奇数编码的数据片断运行“前向纠错”编码程序,该程序改编自通讯产业的技术。这一过程可以修正数据中单一比特的错误。所有的密匙比特被重新整理,批量数据在新的出错率基础上重新分段,然后错误修正过程再次开始。这一过程直到将其中的错误率降到百万分之一比特才结束。

  经过错误修正的密匙将被“切细”和混合并用一种特殊的方法进行压缩。新产生的密匙更为短小,从统计上来说,伊夫只能知道其中很小的一个片断。这一密匙可以重新被艾丽斯和鲍勃用来进行加密和解码。
对其中的一个粒子进行测量,另一个粒子将会瞬时‘感应’到这种影响,并发生相应的状态变化,无论它们相距多远
     
  !!!!!!!!!!!!!没看懂,听着很NB。
  我只是提出来,不是说我国科学家取得的突破就是在这个方面的……

  至于量子感应作用,刘慈欣在《三体》中有提及,可以去翻看:D
  其实简单地说,量子通信就是利用量子的不同状态来传递信息。由于量子态一旦被中途监听(无论用什么手段)后状态会改变且不可恢复,所以可以防止窃听,达到保密的目的。
:L :L :L :L :L 整个一个一群天顶星人,我还是闪人。
  :D 听起来确实很科幻,毕竟宏观世界上很多科学规律和哲学常识放到量子态都是扯淡,不通用的。量子物理世界有自己的规矩,放到宏观世界同样是扯淡。;P
原帖由 gatotomcat 于 2007-1-12 12:09 发表
  其实简单地说,量子通信就是利用量子的不同状态来传递信息。由于量子态一旦被中途监听(无论用什么手段)后状态会改变且不可恢复,所以可以防止窃听,达到保密的目的。


早说么,这句看懂了,就是个加密技术,搞的那么复杂,比学霸都可怕。
原帖由 v12345 于 2007-1-12 12:13 发表


早说么,这句看懂了,就是个加密技术,搞的那么复杂,比学霸都可怕。


  ……这句,也是百度来的……总结也是需要时间的……那什么,我是文科毕业……
距离实用化,还需要多少时间???

投入到国防应用上,还需要多少时间???
这个技术是在原理上不可能被窃听
比加密NB多。。。。
而且理论上是“同时”
传输时间可能还没有信号处理耗时间
是新的通信方法
里里外外和目前技术不同
  http://tech.tom.com  2006年10月12日 13时41分来源:TOM科技 德钢

  TOM科技讯 据中国科学院网站引用英国《自然》杂志报道,中国在量子通信研究领域再获重大突破,首次成功实现了复合系统量子态的隐形传输及六光子纠缠态的操纵。最新出版的英国《自然》杂志在其子刊《自然·物理学》以封面文章形式发表了该研究成果。

  该项突破是中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授和同事杨涛、张强完成的。这是中国科学家首次在该杂志发表封面文章。

  据介绍,1997年由潘建伟及其奥地利同事首次完成的单光子量子态隐形传输是量子信息发展的一个里程碑。此后,各种各样的量子态隐形传输实验得到了实现,但所有的实验都只能传输单个粒子的量子态。由于和单个量子态相比所具有的复杂性,实现复合系统量子态隐形传输在技术上面临着巨大的挑战。

  潘建伟教授领导的中国科大研究小组在国家自然科学基金、科技部973计划、中国科学院知识创新项目等的支持下,同德国、奥地利等国的同事合作对这一世界性难题进行近十年研究。他们首先对飞秒脉冲激光器进行改造,将其输出功率提高了一倍以上,并且通过巧妙的设计解决了倍频晶体容易损伤的问题,这样就可以在实验上同时操纵三对超高亮度的纠缠光子对。其中的一对光子可以制备成待传输的各种两光子复合系统,另外两对纠缠光子构成并行的量子通道,分别用来隐形传输复合系统中两个光子的量子态。实验结果表明,不仅两个光子的量子态能被精确传输,两光子系统中的各种关联关系也能被精确传输。该实验不仅在国际上首次成功地实现了复合系统量子态的隐形传输,而且第一次成功地实现了六光子纠缠态的操纵。

  复合系统的量子态隐形传输的实现为各种实用化的量子信息研究开创了新的起点,对于容错量子计算、量子中继、普适量子纠错等重要研究方向具有极其深远的影响。为此,在近期发表的《自然》杂志研究亮点栏目中对该工作进行专门报导,称赞潘建伟等人的实验成果是在“在大尺度量子通信研究中取得的长足进展”。

  近年来,潘建伟教授领导的研究小组已经先后在《自然》杂志发表了8篇论文,在《物理评论快报》杂志发表了16篇论文。

  潘建伟教授1970年出生于浙江东阳,1992年毕业于中国科技大学近代物理系,1995年获中国科技大学理论物理硕士学位,1999年获奥地利维也纳大学博士学位。现任中国科技大学近代物理系教授、合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息实验部主任,其研究成果多次入选世界物理学十大进展、中国十大科技进展和中国高校十大科技进展,并先后获奥地利科学院Erich Schmid奖,欧洲物理学会Fresnel奖,第15届“中国十大杰出青年”,第六届“中国青年科学家奖”,2005年度“求是杰出科学家奖”和中国科学院“杰出科技成就奖”等国内外多项奖项。

  http://tech.tom.com/2006-10-12/04BB/20514803.html

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  其实我很奇怪的是,在去年就已经有此方面的类似新闻了……
原帖由 Superbow 于 2007-1-12 12:15 发表
距离实用化,还需要多少时间???

投入到国防应用上,还需要多少时间???


  ;funk 问学霸……问学霸……

  但是一旦实用化,不仅对军事通信领域,对于整个世界的沟通来说,都是革命性和颠覆性的……
原帖由 Superbow 于 2007-1-12 12:15 发表
距离实用化,还需要多少时间???

投入到国防应用上,还需要多少时间???


只知道最大距离,现在到了125公里。
  理论上距离应该是无限的……也就是说,哪怕发射方在宇宙的一端,而接收方在宇宙的另一端(请不要和我讨论宇宙的四维问题……谢谢……我是文科毕业……)……
由郭光灿院士领导的课题小组此前在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题,经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配。这是迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统
原帖由 v12345 于 2007-1-12 12:22 发表
由郭光灿院士领导的课题小组此前在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题,经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配。这是迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统


  :D 解决了稳定性。。。什么都好说。。
牛顿先生在地下有知的话会说:说了吧,当年俺研究上帝的存在就是没有错啊!!只有上帝才能捣鼓出这样的物质世界啊!!
最近怎么老是爬不上来,老是提示Service Unavailable,管理员要收拾一下机器了。
原帖由 dpoqb 于 2007-1-12 12:24 发表
牛顿先生在地下有知的话会说:说了吧,当年俺研究上帝的存在就是没有错啊!!只有上帝才能捣鼓出这样的物质世界啊!!


  所以量子物理学刚刚诞生的时候被传统科学视为异端,铁杆的唯物主义者会指责量子物理学研究的是唯心主义……其实都是误解。完全是宏观和微观的两种世界观。
将科技进步,迅速转化成生产力和战斗力

通过技术的实用化,让科技进步成果为我们国家的发展和百姓生活服务

掌握核心技术,掌握核心专利,形成技术优势————赚老外的钱!!!
创定标准,形成垄断!
  ;funk 楼上你个大财迷(不过私底下还是要鼓掌的……)
用光导地...
量子力学量力学:L
顶!!
原帖由 v12345 于 2007-1-12 12:05 发表
对其中的一个粒子进行测量,另一个粒子将会瞬时‘感应’到这种影响,并发生相应的状态变化,无论它们相距多远
     
  !!!!!!!!!!!!!没看懂,听着很NB。



也就是说对量子密码根本无法进行窃听!因为任何企图截获量子密码的行为都会改变其状态,使其完全无法破解!
原帖由 gatotomcat 于 2007-1-12 12:43 发表
  ;funk 楼上你个大财迷(不过私底下还是要鼓掌的……)


科技落后,已经让我们中国人吃亏很多了

我们该学的聪明一些,在实用化方面,在产业化方面,在利润化方面———创造我们的大国地位!!
绝对星球大战的说,凡人不理解,我是工科毕业看了还是觉得是天书
无密匙前提下,截获即毁密?很是神奇!
呵呵,请大家冷静。最近中国科学家做的这几个实验的确是振奋人心的,但是并不是没有争议的。争议的地方就在于实验本身是否是严格的,对数据的处理是否是合理的,以及这种实验是否可以被第三方验证的。
量子纠缠态和量子密码学是发展了很多年的理论了,具体实施是最近几年的事情。目前的实验只是证明了传输的问题,至于保密的问题,为时尚早。
争议的地方就在于实验本身是否是严格的,对数据的处理是否是合理的,以及这种实验是否可以被第三方验证的。
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这种东西要第三方验证??中国是否可以去验证美国的高科技机密!!!!!???请不要说这种白痴话
潘建伟、王向斌、杨涛、彭承志和马怀新等人组成的联合研究小组开始利用诱骗信号方法进行远距离量子密钥分发的研究。经过近两年的联合攻关,2006年夏,他们在国际上率先取得并宣布距离大于100公里的实验结果。随后,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室,欧洲慕尼黑大学——维也纳大学联合研究小组也相继独立获得了采用诱骗信号方法进行量子密钥分发的实验结果。上述三个实验结果已同时发表在2007年1月5日出版的重要物理学国际期刊《物理评论快报》上。清华大学物理系彭承志博士是清华、中国科技大联合研究组论文的第一作者。
量子工业革命开始了???;P
原帖由 gatotomcat 于 2007-1-12 12:09 发表
  其实简单地说,量子通信就是利用量子的不同状态来传递信息。由于量子态一旦被中途监听(无论用什么手段)后状态会改变且不可恢复,所以可以防止窃听,达到保密的目的。

  
    测不准原理?那也只能知道被别人监听了,要是别人是截获你的通讯咋办。
  密钥,密钥,即便截获,没有密钥也是白搭——即便是传统的无线电通信,你截获信息后不知道密码也是一样。
量子纠缠态量子密码是完全不同的两种通讯方式吧?前者实在太科幻了,超越空间啊......楼主说的实验是指后者吧?

后者搞不懂,个人理解它的作用是不是这样:用量子密码发送一个密匙,如果接收方确定这个密匙没被盗窃(这正是这个通讯技术的要点),那么就用这个密匙加密一个文件,用然后发送过去。如果密匙被窃听,则换一个重新发送。每个密匙随机生成,一次性使用,这样就不必担心被破译。
ms这里的量子传输和我们常在科幻文章中看到的量子传输是不同的意义~~~这里的量子传输指得是加密手段~~~科幻作品中的量子传输是用以实现超光速通信的传输手段~
原帖由 killerop14 于 2007-1-13 16:06 发表
争议的地方就在于实验本身是否是严格的,对数据的处理是否是合理的,以及这种实验是否可以被第三方验证的。
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哈哈,敢说我无知,你胆子够肥的。这里面提到的潘建伟当年给我们当量子力学助教,你在哪里呢?你知道纠缠态是什么吗?
没有第三方验证,你就相信他的结果肯定就是对的?肯定就没有实验中的误差?
没脑子!
好像在哪份期刊上看过类似介绍,不过现阶段恐怕只是在加密上有所突破,至于超远距离无延时通讯,那个也太科幻了点:D