量子光通信系统的关键技术研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态（传输）的方式实现信息传递。根据实验验证，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化，利用这个特性实现光量子通信的过程如下：事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量（一种操作），则接收方的粒子瞬间发生坍塌（变化），坍塌（变化）为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌（变化）后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收放根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。

用量子通信可以开发出超光速通信和原则上不可破译的量子保密通信。与光通信相比，量子通信在通信容量、通信速度、保密信等方面都有巨大的优越性。具体来说，有这几个优势：1，超大信息容量；2，超光速的传输能力；3，超大的信息效率；4，超强的抗干扰能力；5，绝对保密；6，可降低通信复杂度并且环保无污染。

2. 研究的基本内容与方案

量子多用户通信是量子通信实现网络化的关键，而量子多用户检测是重要的并且必须解决的问题。检测一直是量子通信中的难点问题，这主要是因为量子态在传输过程中会与信道及环境发生关联，并且在实际传输的过程中会受到噪声的影响，这些都将导致量子态发生不可逆转的改变，检测的效率直接影响通信过程的安全性和质量。而在多用户量子检测的研究中，除了需要考虑上述影响因素，还要考虑各量子态之间的干扰，这使信道估计和建模的难度更大。首先简要描述量子态的特性，之后分析量子信道的特性；再通过单用户量子检测的方案研究，分析多用户量子检测的算法；最后，结合多用户量子态特性和信道特性，提出实际信道中的多用户量子检测方案。

在量子通信实际应用中，通常用量子光场作为经典信息的载体。描述和构造量子光场是进一步构建量子信道，检测算子的关键。光场是量子化的电磁场，而电磁场的量子理论最容易用简正模式分解来构造。简正模式通常用量子谐振子来描述。光场的诸多量子特性可采用不同的态函数描述，例如光子数态、相干态、压缩态等。

3. 研究计划与安排

1）1周——3周：进行调研，查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献不少于5篇，明确毕业设计的基本内容和技术方案，完成开题报告；

2）4周——6周：学生自己收集与选题相关的英文文献资料进行英文资料的翻译工作（字数应不少于5000汉字），电子版交指导老师审查同意后定稿；

3）7周——10周：查阅相关文献，阅读论文要求的必读参考书目，学习相关知识。

4. 参考文献（12篇以上）

【1】李科.空间光通信系统中量子接收机的设计与分析[d].中国科学技术大学, 2014.

【2】陈莹.量子信息论在光通信中的应用分析[j].北方经贸, 2012 (8): 163-163.

【3】赵义红,李正文,刘永智,等.第六代光纤通信系统--量子光纤通信[j].激光与光电子学进展, 2006, 42(11): 45-47.