Page 207 - 当代控制理论及应用技术概论

第五章 量子控制研究

3. 自由空间远距离量子通信技术
在航天系统中，需构建天地、空地等长距离无线链路，实现天基、空基以
及地基网络之间信息的安全交互。因此，自由空间远距离量子通信技术是实现航
天系统中各信息节点间信息安全有效传输的基础，也是量子通信技术走向大规模

应用的划时代技术。
4. 高码率量子密钥生成技术
量子密钥生成速率是衡量量子安全保密系统性能的重要指标，是实现“一

次一密”大容量安全保密通信的基础。受限于元器件及量子密钥生成协议等因素，
在工程应用中量子密钥生成速率不大于 105bit/s。因此，提升量子密钥的生成速
率，从而大幅度提高量子安全保密通信速率，是量子安全保密通信技术的重要
方向之一。
5. 高品质单光子 /EPR 纠缠对制备

高品质单光子源作为量子通信的理想信号源，目前还没有制造形成。试验
常采用衰减弱相干光的方法，其中包含纯度不高的单光子和多光子脉冲，容易由
多光子攻击产生安全漏洞。因此，需研究高纯度、高全同性以及高效率的单光子

源设备。
量子纠缠是传输信息的一种加密技术。不同粒子系统中，纠缠可分为多种
类型，如两粒子系统的 BELL 态、三粒子系统的 GHZ 态和 W 态、多粒子系统的
GHZ 态和 W 态等。目前，腔量子电动力学系统、非线性光学系统及离子阱系统
等已经能制备量子纠缠态量子纠缠态在非线性光学系统中利用自发参量实现转

换。原理上，发射一个光子到非线性晶体上，该光子会分裂成两个能量减半的光
子。通过正确放置镜片，使发射的光子朝相反的方向传播，粘接异型晶体形成一
个整体，对该整体发射一束水平和垂直混合态偏振光，从而得到一对 EPR 的光子，

使射出光子处于水平偏振和垂直偏振的叠加态，执行分发和传输等操作。利用晶
体中的非线性过程制备多光子纠缠态时，光子数越多，难度越大。
6. 量子态中继和存储技术
光子在自由空间和光纤中的传输存在损耗，其强度随距离增大呈指数衰减。
经典通信中，通过中继器放大信号能解决该困难，而量子不可克隆，无法直接这

样处理，只能采用基于纠缠交换技术的量子中继。通过量子中继为通信双方建立

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