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0.5，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
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关于荧光量子点在生物医学中的应用如下：
量子点技术是20世070年代末，产生的一种新技术。此后的大约20年的时间里，人们对量子点的研究都主要集中在光电方面。直到1998年，Alivisatos和Nie两个研究小组分别在Science上发表有关量子点作为生物探针的论文。
论文首次将量子点应用于活细胞体系研究，两个研究小组解决了量子点与生物大分子偶联的问题及将量子点如何变为水溶性的问题。由此开启量子点应用于生物医学的大门。其后，随着量子点合成技术的不断改进，具有优良光学特性的量子点被合成，科研人员将量子点应用于生物医学的研究也在不断扩展。
量子点的基本特性
量子点(QDs)是一种由半导体材料(I-VI族或IIV族元素)制成的，尺寸在20nm之间的纳米粒子作为一种新型的半导体纳米材料，与荧光染料相比，量子点具有其独特的光学及理化性质。
量子点的发射光谱与量子点的尺寸粒径以及组成成分相关联，即通过改变量子点的尺寸和它的化学组分可以使发射光谱不同。
与传统的有机荧光染料相比，量子点的激发谱较宽，发射谱较窄。因此，可实现一元激发多元发射，即可用于多色标记。而传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄，多种波长的激发光才能激发不同荧光染料。此外，量子点的发射峰窄而对称，且无拖尾现象，不同量子点同时使用时不易出现光谱交叠，更有利于研究工作的开展。
量子点光稳定性好，这有利于对标记物体进行长时间的观察。量子点发射光谱与激发光谱几乎不重叠，即有较宽的斯托克斯位移，有利于荧光光谱信号的检测。
量子点荧光寿命长。当光激发数纳秒以后，大多数的自发荧光背景已经衰减，而量子点荧光仍然存在，此时即可获得无背景干扰的荧光信号(信噪比高)。各种化学修饰之后生物相容性好，可以进行特异性连接，进行生物活体标记和检测。
不同科研领域的论文在内容、结构、目标和写作风格等方面都存在一定的区别。以下是一些主要的区别：
1.研究领域：不同学科的研究对象和方法不同，因此论文的内容也会有所差异。例如，生物学论文可能关注基因、细胞和生物过程，而物理学论文则可能涉及量子力学、相对论等领域。
2.研究方法：不同领域采用的研究方法也不同，这会影响论文的结构。例如，心理学论文通常采用实验法和观察法，而经济学论文则可能采用统计方法和案例分析等。
3.论文结构：不同学科的论文结构也有所不同。例如，化学论文通常遵循IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）的命名规则和结构式，而人文社科类论文则可能包括摘要、引言、文献综述、方法、结果、讨论和结论等部分。
4.论文目标：不同领域的论文目标也不同。例如，医学论文的主要目标是发现新的治疗方法和药物，而工程学论文则可能关注技术创新和应用。
5.写作风格：不同学科的论文写作风格也有差异。例如，计算机科学论文通常使用简洁明了的语言，而文学论文则可能更注重修辞和描绘细腻的情感。
6.引用和格式：不同领域的论文引用和格式要求也可能有所不同。例如，社会科学论文通常遵循APA（美国心理学会）或MLA（现代语言协会）的引用规范，而数学和物理学论文则遵循特定的引用格式。
总之，不同科研领域的论文在内容、结构、目标和写作风格等方面都有所区别，这些差异反映了各个领域的特点和要求。
量子计算、通讯、加密——这些技术名词听起来还很高大上，离进入平常百姓的生活还很远。
不过，借助无人机的力量，最近量子通讯移动组网方面取得一次关键进展。而获得这个进展的主角是一所国内大学科研团队——南京大学团队。该团队首次使用光学中继，减少信号损耗，还将中继节点放到了载荷只有几千克的小型无人机上。
这一进展，有望在未来使得无人机组网的量子通讯成为可能。
包括美国物理学会和中国《国家科学评论》(National Science Review) 等在内的国际权威机构和期刊，近日刊登了南京大学固体微结构物理国家重点实验室的论文 Optical-Relayed Entanglement Distribution Using Drones as Mobile Nodes.
论文详细介绍了该团队最近的一项实验，首次将光学中继的节点放到了出于飞行状态的小型无人机上，在分发距离1公里的情况下，仍然高度保持了光子对的纠缠特性，证明了量子链路的有效性。
常规的电子通讯采用电或波信号，通过光纤或空气传播，而量子通讯作为目前最前沿的通讯技术方向，其工作原理是量子的纠缠效应，也即两个粒子在彼此相互作用后成为纠缠粒子，分别放在通信的双方，对其中一个粒子进行测量便可立即得知另一个粒子的状态。因为这种效应，量子通讯几乎无法被截取和窃听，可以被用于加密通讯。
此前，自由空间内的光量子通讯，已经在距离超过1000千米的卫星和地面站之间成功实现。不过卫星的造价和运维昂贵，难以适应地面上随时发生、不断变化的需求，通信量较低，如果要实现更大范围更长时间的覆盖，需要全球卫星组网。
而在固网量子通讯方面，光纤可以用于远距离传输，但链路范围受限于光纤网络基础设施，并且光纤也有传输损耗，同样需要中继点。
而南大团队的这项研究证明了，采用相对更为廉价的小型无人机等设备，完全可以在相对更近的距离内组建量子通讯网络，并且由于无人机的可移动性，组网可以更加灵活，网络的可用性也比卫星量子通讯更高 （卫星通讯存在窗口限制）。
南大学生刘华颖、田晓慧、范鹏飞、顾昌晟等人为本论文的共同第一作者，固体微结构物理国家重点实验室谢臻达、龚彦晓、祝世宁教授等人为共同通讯作者。
在去年年初的前序实验中，团队已经证明了无人机网络在雨天等多种气象条件下工作的能力。结合该团队在量子纠缠光源制备技术突破的基础上，本次研究又实现了多项技术创新。
谢臻达教授透露，这次实验采用的量子纠缠光源重量只有468克，加上光信号收发一体系统，重量仅3.7千克，最终，单架无人机的起飞重量只有35千克左右。 这一实验，在自由空间光量子通讯领域内，首次实现关键器件的高度集成化、轻量化，并且实现了光链路可靠连接。
简单来说，在无人机A上，量子纠缠分发系统采用水晶将一枚光子分裂成一对纠缠的光子，其中一枚发送给距离400米的地面站1，另一枚通过距离200米的中继无人机B，发送给和B距离400米的地面站2。整个通信网络的横跨长度为1千米。
为了解决自由空间光量子通讯常见的光衍射导致的损失，团队设计了一套光的准直系统，在无人机B上重塑接收到光子的波前，使得光子能以更高效率被中继，让地面站更容易光测到。
团队进行测试后发现，两个地面站收到的光子能够保持纠缠特性（CHSH S值为2.59 0.11），证明了整个系统虽然相对低成本，但在小巧、灵活的基础上，仍然能够达成量子通讯的基准目标。
谢臻达表示，希望未来能够通过高空无人机、气球等更多种类的平台，构建更长距离（300公里）的通讯链路。除了拉长通讯距离之外，这样做还可以改善自由空间光量子通讯在不同天气和污染情况下的通讯质量。
前面提到，当下的量子通讯要么在纯地面（光纤），要么在地面-太空（卫星）完成。而南大团队的这项研究，获得了不少国际上的量子通讯专家的赞赏。大多数人都认为这项研究填补了两者之间的空白，让更大范围的量子通讯组网成为可能。
想象在未来，那些有量子通讯需求的用户，不再需要等待卫星通讯窗口，或者必须要前往特定的地面光纤通讯站——只用无人机，即可随时随地完成组网，实现通讯。
届时的量子通讯网络，链接结构可能是这样的：用户端设备——布满低空的小型无人机——高空无人机和气球——量子通讯卫星+地面光纤系统，最终实现全球量子通讯组网。
首先要知道什么是量子，量子不是原子、中子、质子类物质，量子是一个单位。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。
它最早是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象。
后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。既然量子是最小的单位，毋容置疑，量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。
另外还有量子光学、量子化学。而我们听的最多的估计就是量子通信。
1905年，德国物理学家爱因斯坦把量子概念引进光的传播过程，提出“光量子”（光子）的概念，并提出光同时具有波动和粒子的性质，即光的“波粒二象性”。
也就说光量子，即是一种波，又是一种粒子，估计你开始模糊了。
20世纪20年代，法国物理学家德布罗意提出“物质波”概念，即一切物质粒子均具备波粒二象性；德国物理学家海森伯等人建立了量子矩阵力学；奥地利物理学家薛定谔建立了量子波动力学。量子理论的发展进入了量子力学阶段。
想起那个该死的薛定谔方程，我当时花了一个星期才整得似懂非懂，后来考试一过全忘干净。当时可讨厌薛定谔这个糟老头子了。
最后一位关键人物是：英国物理学家狄拉克，1928完成了矩阵力学和波动力学之间的数学等价证明，对量子力学理论进行了系统的总结，并将两大理论体系——相对论和量子力学成功地结合起来，揭开了量子场论的序幕。
量子理论，最可怕的是小。小到不可思议，很多奇怪的现象出现。比如在传统的物理中、光、能量等都是持续的，但当把其单位小到量子的时候，则是不连续的、间断的。说量子物质是粒子嘛也对，说是波嘛也对。其叠加性和纠缠性，让你怀疑人生。但它又解释了很多让你怀疑人生的东西，比如：
1.超导体，完全屏蔽磁场。
2.超流体，内部摩擦力为零。
3.时间晶体，经典时空对称破缺。
4.不用光的反射成像的量子微成像
5.可以通过手性光改变引力为斥力的卡西米尔效应
6.背后量子隧穿的单原子酶催化现象等等
（量子隧道）
量子技术广泛的运用在社会生活的各个领域：量子通信、量子医学、量子化学等。
量子通讯主要包括量子通信和量子计算2个领域，暂时量子通信还处于科研阶段，一旦实现量子通信，时下所谓的5G只能算是龟速。去年10月，谷歌研究人员在英国《自然》杂志发表论文称，基于一个包含54个量子比特的量子芯片开发了量子计算系统，它花费约200秒完成的任务，传统超级计算机要1万年才能完成。
量子医学通过采用量子能量波激发人体自愈系统以及机体的自我修复功能，达到快速、安全、自然、温和的调理改善疾病、逆转衰老，并且它对人体没有任何的伤害。
对于量子科技这一具有颠覆性的概念，各国政府都非常重视，害怕落后。2018年底，美国颁布了《国家量子倡议法案》，宣称绝不能容忍在量子科技领域落后。2020年7月23日，美国能源部宣布了建设量子互联网的蓝图。10月7日，美国发布的《国家量子信息科学战略投入的量子前沿报告》宣布，美国将在量子信息科学领域保持领导地位，作为确保美国长期经济繁荣和国家安全的关键优先事项。
我大中华方面，在相关领域已经取得不少成就，而且在有些领域已经世界领先。高层19日就量子科技研究和应用前景举行了第二十四次集体学习。dada主持学习时强调：“量子力学是人类探究微观世界的重大成果。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。”“要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。”
在未来科技领域，5G、6G的战略地位跟量子科技比，不是一个量级。
