众多科学家的关注。随着量子计算技术研究的深入，利用量子的特性，许多新的应用领域随之而产生。其中，量子信息就是量子计算机衍生的核心研究领域之。本论文的结构安排如下，第章主要介绍量子信息学相关知识第二章是量子信息基础第三章介绍几种主要的量子通讯方式第四章总结地介绍量子直接通讯。量子信息学简介量子信息学，是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的门新兴前沿科学。量子信息学包括量子密码术量子通信量子计算机等几个方面，近年来在理论和实验上都取得了重大的突破。简单介绍量子信息学的主要研究内容今天，信息科学在推动社会文明进步和提高人类生活质量方面发挥着令人惊叹的作用。随着人类对信息需求的日益增加，人们也在不断地推进信息技术的发展，但是现有信息系统的功能已接近于极限值。电子计算机在过去年中，每个芯片上集成的晶体量子直接通讯过程的研究管数目随时间呈指数增长，这个被称为摩尔定律的经验法则预示着多年以后计算机存储单元将是单个原子，电子在电路中的行为将不再服从经典力学规律，取而代之的是量子力学规律。于是就提出了量子效应究竟会对计算机运算速度产生什么样影响的问题。因此，信息科学的进步发展必须借助于新的原理和新的方法。由于量子特性在信息领域中有着独特的功能，在提高运算速度确保信息安全增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有的经典信息系统的极限，因而量子力学便首先在信息科学中得到应用，门新的学科分支量子信息学也应运而生。该学科是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的门新兴前沿科学。量子信息学包括量子密码术量子通信量子计算机等几个方面，近年来在理论和实验上都取得了重大的突破。量子计算机量子计算机是类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算存储及处理量子信息的物理装置。当个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研通信过程中，不需要传送任何粒子，窃听者不可能通过拦截粒子再分发的技术窃听到秘密信息，所以此方案具有无条件安全性。通信双方可以反复进行此操作完成通信，通信的信息比特串越长，安全系数越高。利用此方案，通信双方在通信前不需要建立密钥，可以直接进行秘密信息的确定性传送。大连理工大学本科毕业设计论文量子直接通讯过程的研究学院系物理与光电工程学院专业电子科学与技术学生姓名禹东池学号指导教师李崇完成日期年月大连理工大学量子直接通讯过程的研究大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目量子直接通讯过程的研究作者签名日期年月日摘要直接通讯的主要研究目标是解决如下两个问题两位通信者在事先没有分享任何秘密信息的情况下，如何才能实现秘密信息的确定性传送两位通信者能够检测出窃听者是否进行了窃听，并能确保秘密数据在传输过程中不被破坏。如果利用经典信息技术，上述问题是不可能得到解决的。但是，如果利用量子比特的特性，这些问题就能被克服。量子安全直接通信是量子通信领域新兴的个重要分支。在量子安全直接量子直接通讯过程的研究通信方案中，两位通信者不需要先建立通信密钥，就可以直接进行秘密信息的确定性传送。本论文共包括四章。在前三章中，分别系统地介绍了量子信息学量子信息基础，纠缠转移，量子密集编码，量子隐形传态等内容。在第四章中，总结性地介绍了量子直接通讯。在两个确定性安全量子通信方案中，不需要传递任何粒子，并且两位通信者事先没有共享任何量子信道，但最终他们却能实现秘密信息的共享。这些方案可以被应用到实践中去，尤其适用于未来的银行系统。关键词量子信息学纠缠转移量子密集编码量子隐形传态量子直接通讯，引言从人类学会用火至今，计算机可以说是人类发展史上最伟大的发明。电子计算机的发展使人类进入数字文明时代，正逐步改变着人类社会生产和日常生活。计算机原来因国防和科学研究的计算需求而出现，但计算机的出现又促使人们改变和丰富了科学研究者的工作方式，尤其是对物理学研究来说，物理学与计算机相辅相成地相互促进发展。从物理观点看，计算机是个物理系统，计算过程是个物理过程，构成计算机的元器件按照物理规律运行，并且它们要受到基本物理规律的制约。随着科学技术的不断高速量子直接通讯过程的研究发展，计算机的发展将会面临怎样的物理限制物理学又为未来的计算技术提供怎样的发展前景决定计算机速度的主要因素为元件的开关时间和信号在元部件之间的传播时间。即提高计算机的技术，主要集中于缩小元件和部件的尺寸与信号的传播距离，即研究的目标为集中于小型化和高度集成化。但随着芯片体积的缩小和集成度的提高，计算机的能耗对芯片的影响越来越大，但能耗制约着集成度，也限制着计算机的运行速度。世纪中叶，公司研究实验室的指出计算过程中产生能耗的过程属于不可逆操作。但从物理原理上讲，把所有的不可逆操作改造为可逆操作，就可以实现无能耗的计算。经过严格地考虑后证明所有经典不可逆计算机都可以改造成可逆计算机，而且不会影响计算能力。量子计算机的提出，起源于对可逆计算机的研究。量子可逆计算机，量子直接通讯过程的研究，绍了量子纠缠，量子密集编码，量子密钥分发，这些都是量子通讯的组成部分。近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。量子安全直接通信年，等人提出了确定的安全通信的概念，年，等人提出了确定的安全直接通信的概念，它是借鉴量子密集编码的部分思想，属于个准安全的量子安全直接通信。年，这领域被统称为量子安全直接通信。它的定义为通信双方以量子态为信息载体，利用量子力学原理和量子的各种特性，通过量子信道传输，在通信双方之间安全地无泄漏地直接传输有效信息，特别是秘密信息的通讯方案。量子安全直接通信是种用于直接传输秘密信息的量子通信技术，属于量子通信中的个重要分支。量子安全直接通信的安全性也是由量子力学中的测不准原理不可克隆定理纠缠粒子的关联性和非定域性等量子特性来保证的。量子安全直接通信传输的信息是秘密信息本身，和就不能再像量子密钥分配协议里那样，采用发现窃听就抛弃传输结果的方法来确保信道的安全性。量子安全直接通信的安全性要求窃听者得不到任何相关所需传输的有效信息，其对安全性的要求要高于量子密钥分配协议。和必须在秘密信息加载于量子态上之前，就能判断出是否对信道进行窃听，这就要求进行量子信道安全性分析，即和需要量子直接通讯过程的研究进行抽样统计分析，需要拥有批随机抽样数据。这就要求量子安全直接通信的量子数据必须以块状传输。量子安全直接通信判断的基本依据为除因安全检测的需要而相对于整个通信可以忽略的少量的经典信息交流外，接收者接到传输的所有量子态后，可以直接读出秘密信息，原则上对携带秘密信息的量子比特不需要辅助的经典信息交流。无论窃听者是否监听量子信道，他都得不到秘密信息，即他得到的只是个随机的结果，不包含任何秘密信息。在秘密信息泄露前，通信双方能够准确判断是否有人监听量子信道。以量子态为信息载体的量子数据必须以块状传输。引自新进展下面主要介绍两个重要的量子安全直接通信方案。富国同样的也是利用对在量子数据包中传递信息。但是这些量子直接通讯都是单向的，也就是说信息只能从方传给另方却做不到相互的交换信息。基于对单向量子直接通讯的改进，双向或者多向的量子直接通讯的概念被提出来了，在这些双向或者多向的量子直接通讯中各个用户之间可以交换他们的信息。基于纠缠转移的确定性量子通讯方案此方案基于量子密集编码原理，利用量子纠缠转移特性进行确定性量子信息安全传输。在进行信息传输的过程中，系统不需要传递任何粒子。协议的主要思路为起初，和分别与中介享有量子通道，他们之间不享有任何量子信道，和分别能够对自己的粒子进行局域幺正操作，能够进行基测量。此方案中所用的纠缠态为态，在此协议中，两位信息传输者和分别秘密地对他们各自拥有的号粒子进行幺正操作，根据量子密集编码原理，对其进行编码，将秘密信息加载在此操作上。下面举例介绍具体的操作原理拥有粒子和中介拥有和拥有粒子和。纠缠粒子和处于态，与处于态，和分别和态，共四个量子信道，如图所示。对粒子进行局域幺正操作，对粒子进行局域幺正操作。以上两个操作属于秘密操作，除操作本人外，外界无法获得此操作信息。由于纠缠关联性，他们的初始态的变化分别为。分别对他的粒子和进行基测量，假设检测到的结果分别为和态。通过经典信道告诉和他的测量结果。由于量子纠缠转移特性，经过的辅助操作后，和间已经建立量子通道。量子直接通讯过程的研究由于不知道所做的秘密幺正操作情况，只能进行如下的推算通信双方和分别对自己的粒子进行基测量，并通过经典信道将测量结果告诉对方。在这个过程中，能够进行如下计算，推导出的态形式由以上操作过程可知，通信双方分别破译出对方所进行的局域幺正操作。在这个过程中，通信传输的信息块为所对应的编码。对照编码本，和共享的传输信息比特串为。量子直接通讯过程的研究协议基于量子力学机制的量子通讯通常都是非决定性的。信息的发出者虽然可以把经典的信息经过编码成为量子比特然后发送给，但是她却不能决定解密后的比特值。尽管这样这种非决定性的通讯方式仍然被