量子通信與量子計算

摘 要：為了通信的安全性與正確高效性，量子通信走入人們視野，通過有效的計算機語言可以驗證其正確性，本文通過對量子通信和量子計算的簡略介紹，利用量子計算語音通過仿真結果驗證了利用量子計算語言進行量子通信的可行性。量子通信其便捷通用的特性將改變未來通信格局。

關鍵詞：量子通信；通信；量子計算

中圖分類號：TN918 文獻標志碼：A

0 引言

作為新興學科，量子信息學包括量子通信和量子通信兩個分支，由于其特殊的互斥特性保證了量子通信的百分百安全性，另一方面量子糾纏態(tài)擁有疊加特性，使其能完成一般計算機無法實現(xiàn)的計算功能，有著天然的優(yōu)勢。

1 量子概述

量子理論是現(xiàn)代物理學的兩大基石之一，該理論為我們更好地了解自然界的物理規(guī)律和研究方向提供了更好的表達方式以及思路。微觀物質(zhì)世界一直是人們所探索的熱門項目，量子論很好地揭示了微觀世界的運行規(guī)律，是諸多物理學科的奠基石，為原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學奠定了理論基礎。我們所學的原子結構、原子光譜的規(guī)律性、化學元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射等知識，都是遵循著量子理論所帶來的思路和原則探索而來，為這些學科提供了理論依據(jù)。如圖1所示為原子結構。

2 量子通信與計算

在信息化社會當中，大家每天都會接受大量信息，通信在我們生活當中必不可少，量子通信也是重要組成部分。作為量子信息學的一個重要分支學科，量子通信是起步比較早的研究領域。量子作為信息單元在信息傳導中有效傳送，傳統(tǒng)通信傳導需要經(jīng)典信道，而量子通信則要建立量子信道。而量子信道的建立，是通信各方之間產(chǎn)生量子糾纏，通信量子信道的建立是通過量子密集編碼，而傳送量子態(tài)的安全性則依靠量子隱形傳態(tài)的特點。如圖2所示，該設備可產(chǎn)生量子糾纏現(xiàn)象在量子力學里，當幾個粒子在彼此相互作用后，由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，無法單獨描述各個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，則稱這現(xiàn)象為量子纏結或量子糾纏（quantum entanglement）。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象。

量子計算是一種遵循量子力學規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式。對照于傳統(tǒng)的通用計算機，其理論模型是通用圖靈機；量子計算機依照量子力學規(guī)律提供了比特以及更高的時鐘速度，是一種量子原理的全新計算方法。

3 正確驗證的仿真

具體操作如下：

（1）Hadamard門和控制非門可以制造量子糾纏態(tài)。

（2）概率計算需要在兩種模式下調(diào)換，c可以出于兩種模式即消息和控制模式，這兩種模式可以利用偽隨機數(shù)產(chǎn)生函數(shù)random（）。

（3）QCL仿真中通過測量語句對單光子可以進行測量操作，該操作在控制模式下進行，但是對處于糾纏態(tài)的粒子測量會導致坍縮。

通過以上，對量子操作語句可以進行模擬仿真并得出相應的仿真結果，通過對所得仿真結果進行分析可知，每個輸入都能解碼得到正確信息，每部操作后系統(tǒng)都會反饋正確的量子態(tài)表示，從而驗證了量子通信協(xié)議的正確性及可行性。

結語

在科技飛速發(fā)展的信息化時代，縱使量子通信和量子計算還存在著諸多的理論與技術上的缺陷，也難以掩蓋其廣泛的應用前景，其應用的基本框架已經(jīng)成型，發(fā)展速度更是日新月異，規(guī)模令人嘆為觀止。但是缺點也是比較突出的，例如，高效建立量子計算機適用物理系統(tǒng)問題，粒子糾纏態(tài)的產(chǎn)生，尋找適合量子信息存儲的物理體系，對量子力學系統(tǒng)的有效控制，克服量子耗散和量子消相干現(xiàn)象避免在計算過程中的損耗，保證信息在傳導過程中不受相干性的干擾又避免信息被提取操作等都是亟待解決的問題。正因為這些問題和領域才更能體現(xiàn)其研究價值，在技術與理論逐漸成熟的條件下，更能激發(fā)人們更進一步地去了解和揭示量子力學的魅力。當更多的學者和研究員進入該領域，隨著研究的深入，量子通信與計算一定會迅猛發(fā)展，進而推動社會與人類文明科學技術的進步。

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張皓泊，通信地址：河南省濮陽市華龍區(qū)建設路騰龍小區(qū)。