大話(huà)量子通信

第 1章　什么是量子 1
1．1　量子約等于現(xiàn)代物理學(xué)　3
1．1．1　世界是由量子組成的　3
1．1．2　超出人類(lèi)想象的量子力學(xué)　5
1．2　早期量子理論　7
1．2．1　兩朵烏云　8
1．2．2　普朗克和量子　10
1．2．3　愛(ài)因斯坦和光電效應(yīng)　11
1．2．4　玻爾的原子模型　13
1．2．5　德布羅意的物質(zhì)波和泡利的不相容原理　15
1．3　量子力學(xué)的誕生　17
1．3．1　海森堡的矩陣形式　17
1．3．2　薛定諤的波動(dòng)形式　23
1．3．3　狄拉克的相對(duì)論形式　24
1．3．4　含金量最高的一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)　27
1．4　后量子力學(xué)時(shí)代——現(xiàn)代物理學(xué)的兩條路徑　29
1．4．1　二次量子化和量子場(chǎng)論　29
1．4．2　“自上而下”的粒子物理　32
1．4．3　“自下而上”的凝聚態(tài)物理和量子光學(xué)等　35

第　2章 信息技術(shù)背后的量子力學(xué)　39
2．1　量子力學(xué)支配的半導(dǎo)體　41
2．1．1　固體能帶理論　41
2．1．2　數(shù)字邏輯門(mén)的救星：半導(dǎo)體晶體管　43
2．2　從量子光學(xué)到激光的出現(xiàn)　47
2．2．1　激光和相干態(tài)理論　47
2．2．2　支撐起互聯(lián)網(wǎng)的激光通信　49
2．3　磁盤(pán)背后的量子力學(xué)原理　51
2．3．1　電子自旋決定磁性　52
2．3．2　巨磁阻材料和硬盤(pán)　53
2．4　顯示器和攝像頭中的量子光學(xué)原理　54
2．4．1　自發(fā)輻射熒光和LED　55
2．4．2　光電效應(yīng)和CCD　56
2．5　原子鐘：量子力學(xué)決定的頻率標(biāo)準(zhǔn)　59

第3章　第 一次信息革命　63
3．1　貝爾實(shí)驗(yàn)室　65
3．2　硅谷傳奇　68
3．3　從集成電路到計(jì)算機(jī)　73
3．4　全球互聯(lián)網(wǎng)　78
3．5　主導(dǎo)世界的信息產(chǎn)業(yè)　82

第4章　量子信息——第二次信息革命　87
4．1　經(jīng)典比特vs量子比特　89
4．2　跨越時(shí)空的詭異互動(dòng)——量子糾纏　90
4．2．1　EPR佯謬　91
4．2．2　隱變量理論和貝爾不等式　93
4．2．3　無(wú)漏洞貝爾不等式檢驗(yàn)　95
4．3　通信和計(jì)算的相輔相成　98
4．4　量子計(jì)算簡(jiǎn)介　100
4．4．1　量子計(jì)算發(fā)展史　102
4．4．2　量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)方案對(duì)比　104
4．4．3　通用型和專(zhuān)用型量子計(jì)算機(jī)　106
4．4．4　什么是量子稱(chēng)霸　108
4．5　即將到來(lái)的量子信息時(shí)代　111

第5章　量子通信——量子信息革命的前奏　113
5．1　量子通信元年：兩位“B”的相遇　114
5．2　量子密鑰分發(fā)：BB84協(xié)議　117
5．3　量子密鑰分發(fā)：其他協(xié)議　120
5．3．1　B92協(xié)議　120
5．3．2　E91協(xié)議　121
5．3．3　連續(xù)變量協(xié)議　124
5．4　量子隱形傳態(tài)：量子比特的空間跳躍　125

第6章　實(shí)用化量子通信技術(shù)　131
6．1　誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議　133
6．2　中國(guó)量子保密通信“京滬干線(xiàn)”　135
6．3　世界各國(guó)的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)　139
6．3．1　美國(guó)量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)　139
6．3．2　英、意、俄、韓等國(guó)的量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)　140
6．3．3　歐盟量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃　141
6．4　測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)　142
6．5　量子保密通信標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程　144

第7章　“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星　147
7．1　光纖量子中繼vs衛(wèi)星量子通信　149
7．2　領(lǐng)先世界的“墨子號(hào)”衛(wèi)星　151
7．2．1　量子糾纏源　154
7．2．2　量子糾纏發(fā)射機(jī)　155
7．2．3　量子密鑰通信機(jī)　156
7．2．4　量子實(shí)驗(yàn)控制與處理機(jī)　157
7．2．5　衛(wèi)星平臺(tái)　158
7．3　配合“墨子號(hào)”衛(wèi)星做實(shí)驗(yàn)的地面站　159
7．3．1　興隆地面站　159
7．3．2　南山地面站　160
7．3．3　德令哈地面站　161
7．3．4　麗江地面站　162
7．3．5　阿里地面站　163
7．4　“墨子號(hào)”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的多個(gè)人類(lèi)首次　164
7．4．1　星地雙向量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)　164
7．4．2　星地高速量子密鑰分發(fā)　165
7．4．3　地星量子隱形傳態(tài)　166
7．4．4　基于糾纏的星地量子密鑰分發(fā)　166
7．4．5　引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)　167
7．5　未來(lái)天地一體化量子網(wǎng)絡(luò)　169

第8章　爭(zhēng)議中前行的量子通信　175
8．1　讓中國(guó)量子通信領(lǐng)先世界的潘建偉　176
8．2　量子通信與經(jīng)典通信的關(guān)系　180
8．2．1　量子通信離不開(kāi)經(jīng)典通信　181
8．2．2　量子通信是經(jīng)典通信的繼承和發(fā)展　182
8．3　關(guān)于量子通信的那些錯(cuò)誤說(shuō)法　184
8．3．1　量子密鑰分發(fā)不是量子通信？　184
8．3．2　美國(guó)從來(lái)不搞量子通信？　186
8．3．3　量子通信不能滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)要求？　188
8．3．4　量子通信很容易被破壞？　190

參考文獻(xiàn)　193
后記　199