• 量子纠缠又译量子缠结，是一种量子力学现象，其定义上描述 复合系统（具有两个以上的成员系统）之一类特殊的量子态， 此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积（tensor product）。

　　• 具有量子纠缠现象的成员系统们，在此拿两颗以相反方向、同 样速率等速运动之电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至 冥王星，如此遥远的距离下，它们仍保有特别的关联性 （correlation）；亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而 状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现 象导致了“鬼魅似的远距作用”（spooky action-at-a-distance） 之猜疑，仿佛两颗电子拥有超光速九游娱乐的秘密通信一般，似与狭义 相对论中所谓的局域性（locality）相违背。这也是当初阿尔伯 特·爱因斯坦与同僚玻理斯·波多斯基、纳森·罗森于1935年提出 以其姓氏字首为名的爱波罗悖论（EPR paradox）来质疑量子力 学完备性之缘由。

　　• 然而，“道高一尺，魔高一丈。”往往加密者设计出一种密码， 解密者很快就找到破译的方法。当凭借智慧解密已“无药可施” 时，利用穷举法进行“蛮力攻击”的电子计算机又登上了解密 的主战场。为对抗功能强大的联网计算机，RSA等公钥密码奋 力反击。著名的RSA公钥系统由Rivet、Shamir和Adleman3人提 出，它是目前银行、网络等广泛使用的公开密钥体制。它的安 全性就基于大数因子分解，因为对于经典计算机，后者不存在 有效的多项式算法。这下，似乎“万事大吉”，保密安全了。

　　• 原理：在普朗克提出的量子理论中，量子的不可复 制性是一项基本定律。如果一枚旋转着的硬币是量 子世界中一个物体，一旦你要复制它，势必要对它 进行测量，这种外来的行为就会改变它的运动状态。 也就是说，任意量子的状态，在受到复制或测量时， 都会发生变化。换个角度说，量子一旦被测量过， 就不再是原来的那个量子了。所以，利用量子的这 一特性制作的密码，从理论上讲是一种最为安全的 密码。一个量子物质的传送过程就像光在光纤里传 输过程一样，如果一个偷听者想在某一个地方偷听 信息，或者将该信息内容复制下来，这就是一种测 量行为，这种测量对量子体系来说意味着对整个体 系的破坏，其结果是被测量的信息将全部消失

　　古代的烽火台、击鼓、驿站快马接 力、信鸽、旗语等，现代的电信等。 古代的通信对远距离来说，最快也要几 天的时间，而现代通信以电信方式，如 电报，电话，快信，短信，E-MAIL等， 实现了即时通信。

　　第二次世界大战中，波兰人和英国人成 功破译了德国著名的“恩格玛”密码， 因此，盟军提前得知了德国的许多重 大军事行动；美军破译日本的高级密 码———“紫密”，从而击毙了日本海 军大将山本五十六，扭转了美军太平 洋战场的被动局面。保密通信的原理 在于，唯有掌握密钥的人可以轻易重 现传递的信息。信息的安全性主要依 赖于密钥的秘密性。而密钥，就像两 人通信的暗号，双方预先设定协议， 即便外人知道暗号的形式，却不知道 它代表的含义，正所谓“天知、地知， 你知，我知”。

　　• 但是，20世纪90年代，著名数学家Shor又对传统密码学进行了 一次彻底颠覆。他提出量子并行定法，并证明量子计算可以攻 破目前广泛使用的公钥RSA体系。也就是说，为了对一个400位 的阿拉伯数字进行因子分解，目前最快的超级电子计算机将耗 时上百亿年，所以相对来讲，公钥体系是安全的。可是，一旦 出现具有相同时钟脉冲速度的量子计算机，只需大约1分钟便 可计算完毕。

　　• 量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是 量子论和信息论相结合的新的研究领域。目前量子 通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量 子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实 验，并向实用化发展。

　　把随机信息赋予单光子的极化，根据量子 不可克隆定理，使用经典通 信的方法可以保证绝对的防止窃听。但在实际应用中，因为噪声的存 在和环境对光子的吸收，导致光子数呈指数衰减，所以远程通信势必 要求高亮度的单光子源，在现有的技术条件下是不现实的。

　　Point 1如果量子计算机是‘利剑长矛’，那量子密码技术就是抵御它的一面 ‘盾牌’.量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。 因 为，若从经典物理的范畴，密钥本身被非法用户复制，可以“神不知，鬼不 觉”，不被人发现；密钥在传递时被他人窃听，合法用户也无法识破。但是， 量子密码却能确保保密通信的“万无一失”。

　　Point 2量子力学中的海森伯不可确定性原理和不可克隆定理说明,量子世界中 的任何事件都是不可能被窃听的.只要窃听,就会留下痕迹.正是这些基本原理 确保了量子密钥分配的安全性。具体来讲，单个粒子的量子态———偏振或 相位等，可以用来编码、储存和传输信息，如果有一个窃密者想要窃取这些 信息，就会在截获粒子的一瞬间改变其量子态，使信息失真，达不到窃密的

　　第三步，Bob根据Alice测得的结果，选取相应的幺正变换对粒 子3进行操作， 如果把自旋向上和向下的态矢量用列矩阵表示，即 ↑→ ，↓→(0,1) 它们对应的关系如下表所列。

　　比如，当Alice测得的粒子1和粒子2处于Bell基

　　12上，并把结 果告诉Bob， 则粒子3塌缩为态，那么B。b就对粒子3进行幺正变换得 U4=↑b↓ 其它情况可进行类似操作，这样，粒子3就处在了原始的

　　1=a↑b↓态上。 显然，此时Alice拥有的粒子1所处的未知态在Bob拥有的粒子3上 完美的重现出 来了，即量子隐形传态圆满成功了。

　　首先，假设Alice手头有一个粒子 A处于未知量子 态，她希望将这个量子态（即一个量子比特的量 子信息）送给远处的Bob，但不传送作为信息载 体的粒子 1本身。Alice和Bob事先需要共享 E PR粒子对 2和 3（即纠缠粒子），由于 E PR粒 子对具有量子关联特性，若对其中一个粒子进行 局域操作（包括测量），另一个粒子的量子态立 即发生相应的变化，因此 E PR粒子对构成Alice 和Bob之间的一条量子通道。

　　最后，Alice将测量结果（即获得那一个 B ell态）经由经典通道传递给Bob，Bob手头的纠缠 粒子 3会因Alice的测量坍缩到相应的量子态上， 于是Bob在获知Alice的测量结果之后，对粒子 3 做相应的操作，便可以使粒子 3处在与粒子 1原 先未知量子态完全相同的量子态上，这就完成了 粒子 A的未知量子态的量子隐形传送，此时量子 信息的载体是粒子 3，在这过程中Alice和Bob都 不知道他们所传送的量子比特是什么。

　　Alice和Bob两个人很久以前是朋友，但后来离得很远，他们在一起的时候产生了一个EPR对，分手 的时候每人带走EPR对中的一个量子比特，许多年后，Bob已经不知道踪影，而Alice想向Bob发送一 个量子比特ȁ

　　ۧ,Alice并不知道该量子比特的状态，而且只能给Bob发送经典信息。

　　Alice不知道该量子比特的状态ȁ

　　ۧ，根据量子测不准原理，她也不能通过测量去知道他的状态，也不能 克隆这个状态，假使她知道了状态ȁ

　　ۧ，描述它也需要无穷多的经典信息，因为ȁ

　　ۧ取值于一个连续九游娱乐的 空间，因此Alice需要花无穷长的时间向Bob描述这个状态。

　　普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制 数(00、01、10、11)中的一个，而量子计算机中的2位量子 位（ qubit)寄存器可同时存储这四个数，因为每一个量子比 特可表示两个值。如果有更多量子比特的线;能力就 呈指数级提高。

　　自从1984年BB84协议出现后，各种协议不 断被提了出来，除了单光子脉冲的偏振自 由度、相位、时间、频率自由度也被挖掘 了出来，从而派生出了各种不同的实现方 法。制备-测量型量子通信系统基于单光子， 传输信道为单模光纤或自由空间。

　　量子通信系统将由专网走向公众网络 ，目 前大多数实验量子通信系统均是针对专门 的应用，对量子信号的传输需要单独采用 一根光纤，这样的话一方面成本较高，另 一方面应用范围受限。为了将量子通信推 广使用，如何利用现有的光纤网络同时传 输量子信号与数据信号，克服强光信号对 单光子信号的影响，是最近实验和研究的 热门课题，已经有了实际的实验结果 。

　　对于目前电子信息时代，就地球范 围而言，通讯的即时性不成问题，而未 来距离遥远的星际通信就力有不逮。另 一方面自2013年斯诺登“棱镜门”事件 以来，给人们敲响了警钟，信息安全像 窗户纸一样脆弱。

　　量子密钥分发基于量子力学中的不确定性原理和测量 坍缩 原理，能够检测到窃听者对量子态的干扰，从而保证密钥 分发的安全性和可靠性。

　　在量子通信过程中，噪声和干扰可能来自各种因素，如环境中的其他粒子、信道中的损耗和退相干等 。这些因素会导致量子态的塌缩和信息丢失，从而影响通信质量。为了解决这个问题，需要采取一系 列措施，如量子纠错码、信道编码和信道容量优化等。

　　第五次索尔维会议与会者合影(1927年) “量子通信”=量子物理信息科学 人与人、物与物传递的消息 一人张与传 人说、中物集与中物了传地递球的上消三息分之一智慧的照片 “第量五子次通索信尔”=维量会子议物与理会信者息合科影学(1927年) 一“量张子传通说信中”=集量中子了物地理球信上息三科分学之一智慧的照片 “研量究子微通观信粒”=子量的子运物动理规信律息科学 研究微观粒子的运动规律 第一五张次 传索说尔中维集会中议了与地会球者上合三影分之(19一2智7年慧) 的照片 一研张究传 微说观中粒集子中的了运地动球规上律三分之一智慧的照片 一 人张与传人说 、中 物集 与中 物了 传地 递球 的上消三 息分之一智慧的照片 “量子通信”=量子物理信息科学 “研量究子微通观信粒”=子量的子运物动理规信律息科学 人与人、物与物传递的消息 一张传说中集中了地球上三分之一智慧的照片 第五次索尔维会议与会者合影(1927年)

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　　• 现在有两个光子，A光子可以有两种状态，一 个极化方向向上，一个极化方向向下。同样B 光子也有向上和向下的极化方向。在数学上， A的向上乘上B的向下，减掉A的向下，乘上B 的向上，乘上根号2。这个状态一般叫做两个 光子纠缠不清的状态。

　　• 在最宏大的视野里，宇宙中运行着的星球的角落 里所发生的细微的量子过程，将宇宙一次次的分 裂。因而，地球连同我们被一次次的复制，数目 巨大到难以想象的宇宙的不同版本在同时上演。 在我们每一次的选择中，宇宙被分裂成几个世界， 因而你的不同版本的生命形态在同时上演，可见 我们每个人的生命都是丰富多彩的~~

　　3.1997年潘建伟与荷兰学者波密斯特等人首次实现了未知量子态 的远程传输。 4.中科大潘建伟教授及其同事，首次实现了具有存储和 读出功能的纠缠交换，实现了“量子中继器”，向量 子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。 5.2010年，中国科技大学和清华大学的自由 空间量子通信实验将通信距离从数百米记 录一步跨越到16公里。 6.2012.08.09，中国科技大学的研究人员再 次创造了新纪录，将通信距离扩大到了97 公里，横跨中国的一个湖泊。

　　用于 量子密钥的传输 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 幻想 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 11/17 物完美的复制品。 量 子 信 息 用于

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