　　《研究生係列教材：量子通信》共分8章。第1章為概述，主要講述量子通信的基本概念、性能指標、發展現狀及展望；第2章主要講述量子通信的物理基礎，包括量子力學的基本假設、量子密度算子、量子糾纏和量子比特的概念及特性；第3章主要講述量子隱形傳態，包括量子隱形傳態原理和多量子比特的隱形傳態；第4章主要講述量子密鑰分發，包括BB84協議、B92協議、E91協議，以及誘騙態量子密鑰分發的原理與實現；第5章主要講述量子安全直接通信的相關協議與實現；第6章主要講述量子信道，包括量子信道的錶示、特定量子信道模型、光縴量子信道和自由空間量子信道；第7章主要講述量子編碼，包括量子信源編碼和量子信道編碼；第8章主要講述量子通信網絡，包括量子通信網絡的體係結構、拓撲、量子交換技術、量子中繼器和實驗網。

內容簡介

　　《研究生係列教材：量子通信》較為係統、全麵地介紹瞭量子通信的概念、物理基礎、具體形式、量子信道與編碼及量子通信網等。全書共分8章，第1～3章重點討論量子通信的基本概念、物理基礎及量子隱形傳態；第4～5章重點討論量子密鑰分發和量子安全直接通信；第6～8章重點討論量子信道、量子編碼和量子通信網絡。《研究生係列教材：量子通信》具有文筆簡練、內容深入淺齣、說理透徹、結構閤理、特色鮮明的優點。
　　《研究生係列教材：量子通信》可作為通信工程、電子與信息工程、信息工程、信息安全等專業高年級本科生或研究生教材，也可作為相關科技人員的學習參考書。

內頁插圖

第1章概述
1.1 量子通信的基本概念和類型
1. 1.1 量子通信的基本概念及特點
1.1.2 量子通信的類型
1.2 量子通信係統的指標
1.3 量子通信的發展現狀與展望
1.3.1 量子通信的發展現狀
1.3.2 量子通信發展展望
本章參考文獻

第2章量子通信的物理基礎和量子比特
2.1 量子力學的基本假設
2.1.1 狀態空間假設
2.1.2 力學量算符假設
2.1.3 量子態演化假設
2.1.4 測量假設
2.1.5 復閤係統假設
2.2 量子密度算子
2.2.1 密度算子的概念
2.2.2 量子力學假設的密度算子描述
2.2.3 約化密度算子
2.3 量子糾纏
2.3.1 量子糾纏態的概念
2.3.2 量子糾纏的度量
2.3.3 量子糾纏的判斷
2.3.4 糾纏交換與糾纏提純
2.4 量子比特及其特性
2.4.1 量子比特的概念和性質
2.4.2 量子係統的熵
2.4.3 量子比特的邏輯運算
本章參考文獻

第3章量子隱形傳態
3.1 量子隱形傳態的原理
3.1.1 量子隱形傳態的基本思想
3.1.2 量子隱形傳態的基本原理
3.1.3 量子隱形傳態的實現方法
3.2 量子隱形傳態實驗
3.2.1 量子隱形傳態的實驗進展
3.2.2 量子比特隱形傳輸實驗
3.3 多量子比特的隱形傳態
3.3.1 雙粒子量子隱形傳態
3.3.2 三粒子量子隱形傳態
3.3.3 多粒子量子隱形傳態
本章參考文獻

第4章量子密鑰分發
4.1 量子保密通信
4.1.1 量子保密通信係統
4.1. 2 量子密鑰分發的含義
4.2 BB84協議和B92協議
4.2.1 BB84協議
4.2.2 B92協議
4.3 基於偏振編碼的QKD係統的原理與實現
4.3.1 發送端的組成
4.3.2 接收端的組成
4.3.3 同步
4.3.4 偏振
4.3.5 偏振控製
4.4 基於相位編碼的QKD係統的原理與實現
4.4.1 相位編碼QKD的原理
4.4.2 相位編碼QKD的實現
4.4.3 差分相移係統
4.5 基於糾纏的QKD係統的原理與實現
4.5.1 E91協議
4.5.2 基於糾纏的QKD的實現
4.6 基於誘騙態的QKD係統的原理與實現
4.6.1 誘騙態量子密鑰分發的由來
4.6.2 誘騙態量子密鑰分發的基本原理
4.6.3 弱相乾光誘騙態量子密鑰分發
4.6.4 預報單光子源誘騙態量子密鑰分發
4.6.5 誘騙態QKD的實現
本章參考文獻

第5章量子安全直接通信
5.1 量子安全直接通信概述
5.2 Ping-Pong量子安全直接通信協議
5.2.1 Ping-Pong協議描述
5.2.2 Ping-Pong協議信息泄漏分析
5.2.3 Ping-Pong協議的安全性分析
5.2.4 Ping-Pong協議的改進
5.3 基於糾纏光子對的量子安全直接通信
5.3.1 兩步量子安全直接通信協議
5.3.2 協議分析
5.3.3 實現框圖
5.4 基於單光子的量子安全直接通信
5.4.1 基於單光子的QSDC協議
5.4.2 協議分析
5.4.3 實現框圖
本章參考文獻

第6章量子信道
6.1 量子信道概述
6.1.1 量子信道的酉變換錶示和測量算子錶示
6.1.2 量子信道的公理化錶示
6.2 量子信道的算子和模型
6.2.1 量子信道的算子和錶示
6.2.2 量子信道的算子和模型
6.3 特定量子信道的模型
6.3.1 比特翻轉信道
6.3.2 相位翻轉信道
6.3.3 退極化信道
6.3.4 幅值阻尼信道
6.3.5 相位阻尼信道
6.3.6 玻色高斯信道
6.4 光縴量子信道
6.4.1 光縴量子信道的損耗
6.4.2 光縴量子信道的偏振模色散
6.4.3 量子信號和數據在單根光縴中的傳播
6.5 自由空間量子信道
6.5.1 自由空間量子信道的特點
6.5.2 自由空間量子信道的傳輸特性
本章參考文獻

第7章量子編碼
7.1 量子信源編碼
7.1.1 經典信源編碼簡介
7.1.2 量子信源編碼定理
7.1.3 量子信源編碼實例
7.2 量子信道編碼
7.2.1 經典糾錯碼簡介
7.2.2 量子糾錯編碼的概念
7.2.3 CSS量子糾錯碼
7.2.4 穩定子碼
7.2.5 量子糾錯碼的性能限
本章參考文獻

第8章量子通信網絡
8.1 量子通信網絡的體係結構
8.1.1 量子通信網絡的架構
8.1.2 量子通信網絡中的多址技術
8.1.3 量子通信網絡的拓撲
8.2 量子通信網絡中的交換技術
8.2.1 空分交換
8.2.2 波分交換
8.2.3 基於量子交換門的交換
8.3 量子中繼器
8.3.1 量子中繼器的一般原理
8.3.2 量子中繼器的實現
8.4 量子通信實驗網
8.4.1 DARPA量子通信網絡
8.4.2 歐洲的量子骨乾網絡
8.4.3 東京量子密鑰分發網絡
8.4.4 我國的量子通信網絡實驗
本章參考文獻

精彩書摘

　　1．1 量子通信的基本概念和類型
　　量子通信起源於對通信保密的要求。通信安全自古以來一直受到人們的重視，特彆是在軍事領域。當今社會，隨著信息化程度的不斷提高，如互聯網、即時通信和電子商務等應用，都涉及到信息安全，信息安全又關係到每個人的切身利益。對信息進行加密是保證信息安全的重要方法之一。G．Vernam在1917年提齣一次一密（0ne Timc Pad，。TP）的思想，對於明文采用一串與其等長的隨機數進行加密（相異或），接收方用同樣的隨機數進行解密（再次異或）。這裏的隨機數稱為密鑰，其真正隨機且隻用一次。OTP協議已經被證明是安全的，但關鍵是要有足夠長的密鑰，必須實現在不安全的信道（存在竊聽）中五條件地安全地分發密鑰，這在經典領域很難做到。後來，齣現瞭公鑰密碼體製，如著名的RSA協議。在這類協議中，接收方有一個公鑰和一個私鑰，接收方將公鑰發給發送方，發送方用這個公鑰對數據進行加密，然後發給接收方，隻有用私鑰纔能解密數據。公鑰密碼被大量應用著，它的安全性由數學假設來保證，即一個大數的質因數分解是一個非常睏難的問題。但是量子計算機的提齣，改變瞭這個觀點。已經證明：一旦量子計算機實現瞭，大數很容易被分解，從而現在廣為應用的密碼係統完全可以被破解。
　　幸運的是，在人們認識到量子計算機的威力之前，基於量子力學原理的量子密鑰分發（Quantum Key distribution，QKD）技術就被提齣來瞭。量子密鑰分發應用瞭量子力學的原理，可以實現無條件安全的密鑰分發，進而結閤OTP策略，確保通信的絕對保密。這裏先給齣量子通信的定義，再看看它的具體形式。
　　1．1．1 量子通信的基本概念及特點
　　量子通信是指應用瞭量子力學的基本原理或量子特性進行信息傳輸的一種通信方式。它有以下特點：
　　（1）量子通信具有無條件的安全性。量子通信起源於利用量子密鑰分發獲得的密鑰加密信息，基於量子密鑰分發的無條件安全性，從而可實現安全的保密通信。QKD利用量子力學的海森堡不確定性原理和量子態不可剋隆定理，前者保證瞭竊聽者在不知道發送方編碼基的情況下無法準確測量獲得量子態的信息，後者使得竊聽者無法復製一份量子態在得知編碼基後進行測量，從而使得竊聽必然導緻明顯的誤碼，於是通信雙方能夠察覺齣被竊聽。
　　（2）量子通信具有傳輸的高效性。根據量子力學的疊加原理，一個／Z維量子態的本徵展開式有2”項，每項前麵都有一個係數，傳輸一個量子態相當於同時傳輸這2”個數據。可見，量子態攜載的信息非常豐富，使其不但在傳輸方麵，而且在存儲、處理等方麵相比於經典方法更為高效。
　　（3）可以利用量子物理的糾纏資源。糾纏是量子力學中獨有的資源，相互糾纏的粒子之間存在一種關聯，無論它們的位置相距多遠，若其中一個粒子改變，另一個必然改變，或者說一個經測量塌縮，另一個也必然塌縮到對應的量子態上。這種關聯的保持可以用貝爾不等式來檢驗，因此用糾纏可以協商密鑰，若存在竊聽，即可被發現。利用糾纏的這種特性（量子力學上稱為非局域性（參見第2章），也可以實現量子態的遠程傳輸（詳見第3章）。基於糾纏的QKD將在第4章詳細介紹。
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