量子态测量研究进展论文

光子盒研究院出品

在量子计算领域，研究人员仍在努力解决如何轻松读取量子比特中保存的信息，以及增加量子信息保存的时间(量子比特的相干时间)，后者通常被限制在微秒或毫秒内。

美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥大学的一组研究人员实现了两项重大突破，以克服量子系统的这些共同挑战。 他们能够按需读出他们的量子比特，然后完整保持量子态5秒钟以上——这是这类设备的新记录 。此外，研究人员的量子比特是由一种叫做碳化硅的易于使用的材料制成的，这种材料广泛存在于灯泡、电动 汽车 和高压电子设备中。

阿贡国家实验室高级科学家、Q-NEXT量子研究中心主任、芝加哥大学分子工程和物理学Liew家族教授、该项目的首席研究员David Awschalom说：“在人类的时间尺度上保存量子信息是不常见的，五秒钟足够向月球发出光速信号并返回。即使在环绕地球近40圈后，这种光仍将正确地反映量子比特状态——为制造分布式量子互联网铺平了道路。”

通过创建一个可以在普通电子设备中制造的量子比特系统，研究人员希望使用一种既可扩展又具有成本效益的技术，为量子创新开辟一条新的途径。

该论文的第一作者之一、芝加哥大学研究生Elena Glen说：“这基本上把碳化硅带入了量子通信平台的前沿。这很令人兴奋，因为它很容易扩大规模，因为我们已经知道如何使用这种材料制造有用的设备。”

研究结果发表在2月2日的《科学进展》[1]杂志上。

研究人员的第一个突破是使碳化硅量子比特更容易读取。

每台计算机都需要一种方法来读取编码成比特的信息。对于半导体量子比特，正如该团队的量子比特一样，典型的读出方法是用激光寻址量子比特，并测量发射回来的光。然而，这一过程具有挑战性，因为它需要非常有效地探测单光子。

而在这项工作中，研究人员使用精心设计的激光脉冲，根据量子比特的初始量子态(0或1)向其量子比特中添加一个电子。然后使用激光读出量子比特——和以前一样的方式。

Glen说：“现在，发射的光反映了电子的存在或不存在，而且信号是原来的1万倍。通过将脆弱的量子态转换成稳定的电子电荷，我们可以非常容易地测量这些状态。 有了这种信号增强，每次我们检查量子比特处于什么状态时，都可以得到一个可靠的答案。 这种测量被称为‘单次读出’，有了它，我们可以解锁许多有用的量子技术。”

有了单次读出方法，科学家们可以专注于使他们的量子态尽可能持久——这对量子技术来说是一个严峻的挑战，因为量子比特很容易因为环境中的噪声而丢失信息。

研究人员培育了高纯度的碳化硅样品，降低了干扰量子比特功能的背景噪声。然后，通过向量子比特施加一系列微波脉冲，他们延长了量子比特保存量子信息的时间，即“相干性”。

该论文的第一作者之一、芝加哥大学的Chris Anderson说：“这些脉冲通过快速翻转量子态将量子比特与噪声源和错误解耦。每个脉冲就像按下我们量子比特上的撤销按钮，擦除脉冲之间可能发生的任何错误。”

研究人员认为，更长的相干时间都是可能的。延长相干时间会产生重大影响，比如未来量子计算机可以处理多复杂的操作，或者量子传感器可以检测到多小的信号。

Anderson说：“ 例如，这个新的记录时间意味着，在我们的量子态被扰乱之前，我们可以执行超过1亿次量子操作。 ”

科学家们还看到了他们开发的技术的多种潜在应用。Glen 说：“执行单次读出的能力开启了一个新的机会：利用碳化硅量子比特发射的光来帮助开发未来的量子互联网。像量子纠缠这样的基本操作，一个量子比特的状态可以通过读出另一个量子比特的状态来知道，这在碳化硅系统中已经实现了。”

Anderson说：“我们基本上做了一个转换器，把量子态转换到电子领域，这是经典电子学的语言，就像你智能手机里的东西一样。我们希望创造出对单电子敏感的新一代器件，同时也能容纳量子态。碳化硅可以做到这两点，这就是为什么我们认为它真的有前途。”

参考链接：

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通信技术论文范文篇二 浅析量子通信技术 【摘要】量子通信作为既新鲜又古老的话题，它具有严格的信息传输特性，目前已经取得突破性进展，被通信领域和官方机构广泛关注。本文结合量子，对量子通信技术以及发展进行了简单的探讨。 【关键词】量子;通信;技术;发展 对量子信息进行研究是将量子力学作为研究基础，根据量子并行、纠缠以及不可克隆特性，探索量子编码、计算、传输的可能性，以新途径、思路、概念打破原有的芯片极限。从本质来说：量子信息是在量子物理观念上引发的效应。它的优势完全来源于量子并行，量子纠缠中的相干叠加为量子通讯提供了依据，量子密码更多的取决于波包塌缩。理论上，量子通信能够实现通信过程，最初是通过光纤实现的，由于光纤会受到自身与地理条件限制，不能实现远距离通信，所以不利于全球化。到1993年，隐形传输方式被提出，通过创建脱离实物的量子通信，用量子态进行信息传输，这就是原则上不能破译的技术。但是，我们应该看到，受环境噪声影响，量子纠缠会随着传输距离的拉长效果变差。 一、量子通信技术 (一)量子通信定义 到目前为止，量子通信依然没有准确的定义。从物力角度来看，它可以被理解为物力权限下，通过量子效应进行性能较高的通信;从信息学来看，量子通信是在量子力学原理以及量子隐形传输中的特有属性，或者利用量子测量完成信息传输的过程。 从量子基本理论来看，量子态是质子、中子、原子等粒子的具体状态，可以代表粒子旋转、能量、磁场和物理特性，它包含量子测不准原理和量子纠缠，同时也是现代物理学的重点。量子纠缠是来源一致的一对微观粒子在量子力学中的纠缠关系，同时这也是通过量子进行密码传递的基础。Heisenberg测不准原理作为力学基本原理，是同一时刻用相同精度对量子动量以及位置的测量，但是只能精确测定其中的一样结果。 (二)量子通信原理 量子通信素来具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的过程就是量子力学原理的展现。从最典型的通信系统来说具体包含：量子态、量子测量容器与通道，拥有量子效应的有：原子、电子、光子等，它们都可以作为量子通信的信号。在这过程中，由于光信号拥有一定的传输性，所以常说的量子通信都是量子光通信。分发单光子作为实施量子通信空间的依据，利用空间技术能够实现空间量子的全球化通信，并且克服空间链路造成的距离局限。 利用纠缠量子中的隐形量子传输技术作为未来量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力学，由两个光子构成纠缠光子，不管它们在宇宙中距离多远，都不能分割状态。如果只是单独测量一个光子情况，可能会得到完全随机的测量结果;如果利用海森堡的测不准原理进行测量，只要测量一个光子状态，纵使它已经发生变化，另一个光子也会出现类似的变化，也就是塌缩。根据这一研究成果，Alice利用随机比特，随机转换已有的量子传输状态，在多次传输中，接受者利用量子信道接收;在对每个光子进行测量时，同时也随机改变了自己的基，一旦两人的基一样，一对互补随机数也就产生。如果此时窃听者窃听，就会破坏纠缠光子对，Alice与Bob也就发觉，所以运用这种方式进行通信是安全的。 (三)量子密码技术 从Heisenberg测不准原理我们可以知道，窃听不可能得到有效信息，与此同时，窃听量子信号也将会留下痕迹，让通信方察觉。密码技术通过这一原理判别是否存在有人窃取密码信息，保障密码安全。而密钥分配的基本原理则来源于偏振，在任意时刻，光子的偏振方向都拥有一定的随机性，所以需要在纠缠光子间分设偏振片。如果光子偏振片与偏振方向夹角较小时，通过滤光器偏振的几率很大，反之偏小。尤其是夹角为90度时，概率为0;夹角为45度时，概率是，夹角是0度时，概率就是1;然后利用公开渠道告诉对方旋转方式，将检测到的光子标记为1，没有检测到的填写0，而双方都能记录的二进制数列就是密码。对于半路监听的情况，在设置偏振片的同时，偏振方向的改变，这样就会让接受者与发送者数列出现差距。 (四)量子通信的安全性 从典型的数字通信来说：对信息逐比特，并且完全加密保护，这才是实质上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在长度有限的密文理论中，经不住穷举法影响。同时，伪随机码的周期性，在重复使用密钥时，理论上能够被解码，只是周期越长，解码破译难度就会越大。如果将长度有限的随机码视为密钥，长期使用虽然也会具有周期特征，但是不能确保安全性。 从传统的通信保密系统来看，使用的是线路加密与终端加密整合的方式对其保护。电话保密网，是在话音终端上利用信息通信进行加密保护，而工作密钥则是伪随机码。 二、量子通信应用与发展 和传统通信相比，量子通信具有很多优势，它具有良好的抗干扰能力，并且不需要传统信道，量子密码安全性很高，一般不能被破译，线路时延接近0，所以具有很快的传输速度。目前，量子通信已经引起很多军方和国家政府的关注。因为它能建立起无法破译的系统，所以一直是日本、欧盟、美国科研机构发展与研究的内容。 在城域通信分发与生成系统中，通过互联量子路由器，不仅能为任意量子密码机构成量子密码，还能为成对通信保密机利用，它既能用于逐比特加密，也能非实时应用。在严格的专网安全通信中，通过以量子分发系统和密钥为支撑，在城域范畴，任何两个用户都能实现逐比特密钥量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系统。在广域高的通信网络中，受传输信道中的长度限制，它不可能直接创建出广域的通信网络。如果分段利用量子密钥进行实时加密，就能形成安全级别较高的广域通信。它的缺点是，不能全程端与端的加密，加密节点信息需要落地，所以存在安全隐患。目前，随着空间光信道量子通信的成熟，在天基平台建立好后，就能实施范围覆盖，从而拓展量子信道传输。在这过程中，一旦量子中继与存储取得突破，就能进一步拉长量子信道的输送距离，并且运用到更宽的领域。例如：在�潜安全系统中，深海潜艇与岸基指挥一直是公认的世界难题，只有运用甚长波进行系统通信，才能实现几百米水下通信，如果只是使用传统的加密方式，很难保障安全性，而利用量子隐形和存储将成为开辟潜通的新途径。 三、结束语 量子技术的应用与发展，作为现代科学与物理学的进步标志之一，它对人类发展以及科学建设都具有重要作用。因此，在实际工作中，必须充分利用通信技术，整合国内外发展经验，从各方面推进量子通信技术发展。 参考文献 [1]徐启建，金鑫，徐晓帆等.量子通信技术发展现状及应用前景分析[J].中国电子科学研究院学报，2009，4(5)：491-497. [2]徐兵杰，刘文林，毛钧庆等.量子通信技术发展现状及面临的问题研究[J].通信技术，2014(5)：463-468. [3]刘阳，缪蔚，殷浩等.通信保密技术的革命――量子保密通信技术综述[J].中国电子科学研究院学报，2012， 7(5)：459-465. 看了“通信技术论文范文”的人还看： 1. 大学通信技术论文范文 2. 通信技术毕业论文范文 3. 通信技术论文范文 4. 关于通信工程论文范文 5. 大学通信技术论文范文(2)