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第1章 概述 1

1.1 量子通信的基本概念和类型 1

1.1.1量子通信的基本概念及特点 2

1.1.2量子通信的类型 2

1.2量子通信系统的指标 4

1.3量子通信的发展现状与展望 5

1.3.1量子通信的发展现状 6

1.3.2量子通信发展展望 9

本章参考文献 10

第2章 量子通信的物理基础和量子比特 12

2.1量子力学的基本假设 12

2.1.1状态空间假设 12

2.1.2力学量算符假设 14

2.1.3量子态演化假设 15

2.1.4测量假设 15

2.1.5复合系统假设 19

2.2量子密度算子 19

2.2.1密度算子的概念 19

2.2.2量子力学假设的密度算子描述 20

2.2.3约化密度算子 21

2.3量子纠缠 21

2.3.1量子纠缠态的概念 22

2.3.2量子纠缠的度量 24

2.3.3量子纠缠的判断 26

2.3.4纠缠交换与纠缠提纯 27

2.4量子比特及其特性 31

2.4.1量子比特的概念和性质 31

2.4.2量子系统的熵 34

2.4.3量子比特的逻辑运算 35

本章参考文献 37

第3章 量子隐形传态 39

3.1量子隐形传态的原理 39

3.1.1量子隐形传态的基本思想 39

3.1.2量子隐形传态的基本原理 40

3.1.3量子隐形传态的实现方法 42

3.2量子隐形传态实验 43

3.2.1量子隐形传态的实验进展 43

3.2.2量子比特隐形传输实验 44

3.3多量子比特的隐形传态 45

3.3.1双粒子量子隐形传态 45

3.3.2三粒子量子隐形传态 47

3.3.3多粒子量子隐形传态 50

本章参考文献 53

第4章 量子密钥分发 56

4.1量子保密通信 56

4.1.1量子保密通信系统 56

4.1.2量子密钥分发的含义 57

4.2 BB84协议和B92协议 57

4.2.1 BB84协议 57

4.2.2 B92协议 59

4.3基于偏振编码的QKD系统的原理与实现 61

4.3.1发送端的组成 61

4.3.2接收端的组成 61

4.3.3同步 63

4.3.4偏振 63

4.3.5偏振控制 65

4.4基于相位编码的QKD系统的原理与实现 66

4.4.1相位编码QKD的原理 66

4.4.2相位编码QKD的实现 70

4.4.3差分相移系统 72

4.5基于纠缠的QKD系统的原理与实现 73

4.5.1 E91协议 73

4.5.2基于纠缠的QKD的实现 74

4.6基于诱骗态的QKD系统的原理与实现 78

4.6.1诱骗态量子密钥分发的由来 78

4.6.2诱骗态量子密钥分发的基本原理 79

4.6.3弱相干光诱骗态量子密钥分发 80

4.6.4预报单光子源诱骗态量子密钥分发 84

4.6.5诱骗态QKD的实现 88

本章参考文献 91

第5章 量子安全直接通信 93

5.1量子安全直接通信概述 93

5.2 Ping-Pong量子安全直接通信协议 95

5.2.1 Ping-Pong协议描述 95

5.2.2 Ping-Pong协议信息泄漏分析 98

5.2.3 Ping-Pong协议的安全性分析 101

5.2.4 Ping-Pong协议的改进 103

5.3基于纠缠光子对的量子安全直接通信 103

5.3.1 两步量子安全直接通信协议 103

5.3.2协议分析 105

5.3.3实现框图 105

5.4 基于单光子的量子安全直接通信 106

5.4.1基于单光子的QSDC协议 106

5.4.2协议分析 107

5.4.3实现框图 107

本章参考文献 108

第6章 量子信道 110

6.1量子信道概述 110

6.1.1量子信道的酉变换表示和测量算子表示 110

6.1.2量子信道的公理化表示 111

6.2量子信道的算子和模型 114

6.2.1量子信道的算子和表示 114

6.2.2量子信道的算子和模型 116

6.3特定量子信道的模型 118

6.3.1比特翻转信道 118

6.3.2相位翻转信道 118

6.3.3退极化信道 118

6.3.4幅值阻尼信道 119

6.3.5相位阻尼信道 120

6.3.6玻色高斯信道 120

6.4光纤量子信道 121

6.4.1光纤量子信道的损耗 122

6.4.2光纤量子信道的偏振模色散 122

6.4.3量子信号和数据在单根光纤中的传播 125

6.5自由空间量子信道 128

6.5.1自由空间量子信道的特点 128

6.5.2自由空间量子信道的传输特性 129

本章参考文献 133

第7章 量子编码 134

7.1量子信源编码 134

7.1.1经典信源编码简介 134

7.1.2量子信源编码定理 138

7.1.3量子信源编码实例 140

7.2量子信道编码 145

7.2.1经典纠错码简介 145

7.2.2量子纠错编码的概念 150

7.2.3 CSS量子纠错码 153

7.2.4稳定子码 155

7.2.5量子纠错码的性能限 164

本章参考文献 168

第8章 量子通信网络 169

8.1量子通信网络的体系结构 169

8.1.1量子通信网络的架构 169

8.1.2量子通信网络中的多址技术 170

8.1.3量子通信网络的拓扑 173

8.2量子通信网络中的交换技术 176

8.2.1空分交换 177

8.2.2波分交换 178

8.2.3基于量子交换门的交换 179

8.3量子中继器 182

8.3.1量子中继器的一般原理 182

8.3.2量子中继器的实现 183

8.4量子通信实验网 188

8.4.1 DARPA量子通信网络 188

8.4.2欧洲的量子骨干网络 189

8.4.3东京量子密钥分发网络 191

8.4.4我国的量子通信网络实验 192

本章参考文献 194