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量子通信与量子计算

2018-12-21张皓泊

中国新技术新产品 2018年20期
关键词:通信

摘 要:为了通信的安全性与正确高效性,量子通信走入人们视野,通过有效的计算机语言可以验证其正确性,本文通过对量子通信和量子计算的简略介绍,利用量子计算语音通过仿真结果验证了利用量子计算语言进行量子通信的可行性。量子通信其便捷通用的特性将改变未来通信格局。

关键词:量子通信;通信;量子计算

中图分类号:TN918 文献标志码:A

0 引言

作为新兴学科,量子信息学包括量子通信和量子通信两个分支,由于其特殊的互斥特性保证了量子通信的百分百安全性,另一方面量子纠缠态拥有叠加特性,使其能完成一般计算机无法实现的计算功能,有着天然的优势。

1 量子概述

量子理论是现代物理学的两大基石之一,该理论为我们更好地了解自然界的物理规律和研究方向提供了更好的表达方式以及思路。微观物质世界一直是人们所探索的热门项目,量子论很好地揭示了微观世界的运行规律,是诸多物理学科的奠基石,为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。我们所学的原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等知识,都是遵循着量子理论所带来的思路和原则探索而来,为这些学科提供了理论依据。如图1所示为原子结构。

2 量子通信与计算

在信息化社会当中,大家每天都会接受大量信息,通信在我们生活当中必不可少,量子通信也是重要组成部分。作为量子信息学的一个重要分支学科,量子通信是起步比较早的研究领域。量子作为信息单元在信息传导中有效传送,传统通信传导需要经典信道,而量子通信则要建立量子信道。而量子信道的建立,是通信各方之间产生量子纠缠,通信量子信道的建立是通过量子密集编码,而传送量子态的安全性则依靠量子隐形传态的特点。如图2所示,该设备可产生量子纠缠现象在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠(quantum entanglement)。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象。

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;量子计算机依照量子力学规律提供了比特以及更高的时钟速度,是一种量子原理的全新计算方法。

3 正确验证的仿真

具体操作如下:

(1)Hadamard门和控制非门可以制造量子纠缠态。

(2)概率计算需要在两种模式下调换,c可以出于两种模式即消息和控制模式,这两种模式可以利用偽随机数产生函数random()。

(3)QCL仿真中通过测量语句对单光子可以进行测量操作,该操作在控制模式下进行,但是对处于纠缠态的粒子测量会导致坍缩。

通过以上,对量子操作语句可以进行模拟仿真并得出相应的仿真结果,通过对所得仿真结果进行分析可知,每个输入都能解码得到正确信息,每部操作后系统都会反馈正确的量子态表示,从而验证了量子通信协议的正确性及可行性。

结语

在科技飞速发展的信息化时代,纵使量子通信和量子计算还存在着诸多的理论与技术上的缺陷,也难以掩盖其广泛的应用前景,其应用的基本框架已经成型,发展速度更是日新月异,规模令人叹为观止。但是缺点也是比较突出的,例如,高效建立量子计算机适用物理系统问题,粒子纠缠态的产生,寻找适合量子信息存储的物理体系,对量子力学系统的有效控制,克服量子耗散和量子消相干现象避免在计算过程中的损耗,保证信息在传导过程中不受相干性的干扰又避免信息被提取操作等都是亟待解决的问题。正因为这些问题和领域才更能体现其研究价值,在技术与理论逐渐成熟的条件下,更能激发人们更进一步地去了解和揭示量子力学的魅力。当更多的学者和研究员进入该领域,随着研究的深入,量子通信与计算一定会迅猛发展,进而推动社会与人类文明科学技术的进步。

参考文献

[1]苏晓琴,郭光灿.量子通信与量子计算[J].量子电子学报,2004(6):11-12.

[2]邹佩琳,刘玉,王长强.利用量子计算语言进行量子通信仿真[J].系统仿真学报,2006(8):99-101.

[3]李传峰,郭光灿.量子信息研究进展[J].物理学进展,2000(4):44-45.

[4]余文斌,郑宝玉,赵生妹.多方计算任务的量子通信复杂度[J].信号处理,2014(12):44-45.

[5]孙健,张雄伟,孙新建.一种新的量子神经网络训练算法[J].信号处理,2011(2):23-24.

张皓泊,通信地址:河南省濮阳市华龙区建设路腾龙小区。

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