CN110971309A - 一种单光子安全通信随机选择演示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置，包括：基板、随机选择机构、单光子模型，基板上开设有第一通道和第二通道，单光子模型包括具有区别特征的第一表面和第二表面，随机选择机构包括第一舵机组件、第二舵机组件和第一容器，第一容器具有可容纳单光子模型的第一容纳槽，第一舵机组件布置在基板上，第二舵机组件驱动第一容器转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换，第一舵机组件驱动第二舵机组件转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道转为对接第一通道，或使第一容纳槽的开口由对接第一通道转为对接第二通道。本发明可体现单光子在通信传输过程中的随机特性，有效提高演示和教学效果。

Description

一种单光子安全通信随机选择演示装置
技术领域
本发明涉及量子通信教学和科普演示领域，具体涉及一种单光子安全通信随机选择演示装置。
背景技术
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，接收方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。
单光子安全通信使是非常安全的，体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息。但目前只通过靠课本无法深刻的理解量子安全通信的随机性原理，需要有一套演示、教学用演示装置。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置，可体现单光子在通信传输过程中的随机特性，有效提高演示和教学效果。
本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置，包括：基板、随机选择机构、单光子模型，基板上开设有第一通道和第二通道，单光子模型具有第一表面和第二表面，第一表面与第二表面之间具有人眼可区分的特征；
随机选择机构包括第一舵机组件、第二舵机组件和第一容器，第一容器具有可容纳单光子模型的第一容纳槽，第一舵机组件布置在基板上，第一容器安装在第二舵机组件上且可受之驱动而使第一容器转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换；
第二舵机组件安装在第一舵机组件上且可受之驱动而使第二舵机组件转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道转为对接第一通道以使第一容纳槽接收来自第一通道内的单光子模型，或使第一容纳槽的开口由对接第一通道转为对接第二通道以将第一容纳槽内的单光子模型送入第二通道内并视觉展示第一表面或第二表面。
优选地，还包括第一固定选择机构、第三舵机组件和阀门，基板上开设有第三通道、第四通道、第五通道和第六通道，第三舵机组件布置在基板上，阀门安装在第三舵机组件上且可受之驱动而使阀门阻断第三通道与第一通道之间的导通以使经由第三通道而来的单光子模型进入第四通道，或使阀门阻断第三通道与第四通道之间的导通以使经由第三通道而来的单光子模型进入第一通道，第五通道与第二通道合流至第六通道；
第一固定选择机构包括第四舵机组件和第二容器，第四舵机组件布置在基板上，第二容器具有可容纳单光子模型的第二容纳槽，第二容器安装在第四舵机组件上且可受之驱动而使第二容器转动，使第二容纳槽的开口由对接第五通道转为对接第四通道，以使第二容纳槽接收来自第四通道内的单光子模型，或使第二容纳槽的开口由对接第四通道转为对接第五通道，以将第二容纳槽内的单光子模型送入第五通道内。
优选地，第六通道远离第五通道的末端具有可展示单光子模型的展示区。
优选地，还包括第二固定选择机构，第二固定选择机构包括第五舵机组件和第三容器，第五舵机组件布置在基板上，第三容器安装在第五舵机组件上，第三容器具有可容纳单光子模型的第三容纳槽，基板上开设有第七通道和第八通道，第五舵机组件可驱动第三容器转动使第三容纳槽的开口对接第七通道或第八通道以接收第七通道或第八通道内的单光子模型，然后由第五舵机组件驱动第三容器转动使第三容纳槽的开口对接第三通道，以将第三容纳槽内的单光子模型送入第三通道。
优选地，还包括控制器、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器设置在第一容纳槽内，第二压力传感器设置在第二容纳槽内，第三压力传感器设置在第三容纳槽内，第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均信号连接控制器，控制器分别控制连接第一舵机组件、第二舵机组件、第三舵机组件、第四舵机组件和第五舵机组件。
本发明具体使用时，先将基板竖起来以使第一通道、随机选择机构和第二通道由上到下布置，单光子模型在在重力的作用下单光子模型可第一通道、第二通道滑动，第一舵机组件驱动第二舵机组件转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道转为对接第一通道以使第一容纳槽接收来自第一通道内的单光子模型，第二舵机组件驱动第一容器转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换，接着第一舵机组件驱动第二舵机组件向相反的方向转动使第一容纳槽的开口由对接第一通道转为对接第二通道以将第一容纳槽内的单光子模型送入第二通道内以展示单光子模型的第一表面或第二表面。本发明可为单光子模型所视觉展示的表面提供随机性，可体现单光子在通信传输过程中的随机特性，有效提高演示和教学效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置中的随机选择机构的结构示意图。
图2为图1中A-A线剖视示意图。
图3为本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置的结构示意图。
图4为图3中的B-B线剖视图。
图5为图4中的A处放大图。
图6为图4中的B处放大图。
图7为本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置的单光子模型的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种单光子安全通信随机选择演示装置，包括：基板1、随机选择机构和单光子模型，基板1上开设有第一通道2和第二通道3，单光子模型具有第一表面和第二表面，第一表面与第二表面之间具有人眼可区分的特征；
随机选择机构包括第一舵机组件5、第二舵机组件6和第一容器4，第一容器4具有可容纳单光子模型的第一容纳槽，第一舵机组件5布置在基板1上，第一容器4安装在第二舵机组件6上且可受之驱动而使第一容器4转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换；
第二舵机组件6安装在第一舵机组件5上且可受之驱动而使第二舵机组件6转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道3转为对接第一通道2以使第一容纳槽接收来自第一通道2内的单光子模型，或使第一容纳槽的开口由对接第一通道2转为对接第二通道3以将第一容纳槽内的单光子模型送入第二通道3内并视觉展示第一表面或第二表面。
本发明具体使用时，先将基板竖起来以使第一通道2、随机选择机构和第二通道3由上到下布置，单光子模型在在重力的作用下单光子模型可第一通道2、第二通道3滑动，第一舵机组件5驱动第二舵机组件6转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道3转为对接第一通道2以使第一容纳槽接收来自第一通道2内的单光子模型，第二舵机组件6驱动第一容器4转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换，接着第一舵机组件5驱动第二舵机组件6向相反的方向转动使第一容纳槽的开口由对接第一通道2转为对接第二通道3以将第一容纳槽内的单光子模型送入第二通道3内以展示单光子模型的第一表面或第二表面。本发明可为单光子模型所视觉展示的表面提供随机性，可体现单光子在通信传输过程中的随机特性，有效提高演示和教学效果。
参照图7，在实际使用时，单光子模型为扁块，如长方体或椭圆体，第一通道和第二通道均为与单光子模型滑动配合的管道，将该扁块相对的两侧面作为第一表面和第二表面，第一表面和第二表面具有人眼可区分的特征，如第一表面和第二表面的颜色或花纹等不相同。设置在开始传输时单光子模型的第一表面和第二表面的位置为初始状态，观察单光子模型最后展出的第一表面和第二表面的位置是否与初始状态相同，以观察单光子模型在传输时的随机性。
参照图2-图6，为了向最终所观察到的单光子模型在保持初始观察到的第一表面或第二表面和通过随机选择机构随机选择之间提供随机性，在具体实施方式中，还包括第一固定选择机构、第三舵机组件12和阀门11，基板1上开设有第三通道7、第四通道8、第五通道9和第六通道10，第三舵机组件12布置在基板1上，阀门11安装在第三舵机组件12上且可受之驱动而使阀门11阻断第三通道7与第一通道2之间的导通以使经由第三通道7而来的单光子模型进入第四通道8，或使阀门11阻断第三通道7与第四通道8之间的导通以使经由第三通道7而来的单光子模型进入第一通道2，第五通道9与第二通道3合流至第六通道10；
第一固定选择机构包括第四舵机组件和第二容器，第四舵机组件布置在基板1上，第二容器具有可容纳单光子模型的第二容纳槽，第二容器安装在第四舵机组件上且可受之驱动而使第二容器转动，使第二容纳槽的开口由对接第五通道9转为对接第四通道8，以使第二容纳槽接收来自第四通道8内的单光子模型，或使第二容纳槽的开口由对接第四通道8转为对接第五通道9，以将第二容纳槽内的单光子模型送入第五通道9内。
在实际使用时，通过第三通道7进入的单光子模型在传输时具有两种选择。第一种选择状态下，通过第三舵机组件12驱动阀门11阻断第三通道7与第一通道2之间的导通以使经由第三通道7而来的单光子模型进入第四通道8，然后通过第四舵机组件驱动第二容器转动以使第二容纳槽的开口由对接第五通道9转为对接第四通道8，以使第二容纳槽接收来自第四通道8内的单光子模型，并驱动第二容器向相反方向转动以使第二容纳槽的开口由对接第四通道8转为对接第五通道9，以将第二容纳槽内的单光子模型送入第五通道9内，接着单光子模型在重力的作用下进入第六通道10，从而使所展示的单光子模型的第一表面与第二表面之间的位置与初始进入第三通道7的单光子模型的第一表面与第二表面之间的位置相同；
第二种选择下，通过第三舵机组件12驱动阀门11阻断第三通道7与第四通道8之间的导通以使经由第三通道7而来的单光子模型进入第一通道2，第一舵机组件5驱动第二舵机组件6转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道3转为对接第一通道2以使第一容纳槽接收来自第一通道2内的单光子模型，第二舵机组件6驱动第一容器4转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换，再接着一舵机组件5驱动第二舵机组件6向相反的方向转动使第一容纳槽的开口由对接第一通道2转为对接第二通道3以将第一容纳槽内的单光子模型送入第二通道3内，接着单光子模型在重力的作用下进入第六通道10，从而所展示的单光子模型的第一表面与第二表面之间的位置与初始进入第三通道7的单光子模型的第一表面与第二表面之间的位置不变或位置互换。
参照图3，为了方便观察单光子模型最终所展示的是第一表面或第二表面，在具体实施方式中，第六通道10远离第五通道9的末端具有可展示单光子模型的展示区15。通过展示区15可观察到单光子模型在最终所展示的为第一表面或第二表面。
参照图3-图5，在进一步地具体实施方式中，还包括第二固定选择机构，第二固定选择机构包括第五舵机组件14和第三容器13，第五舵机组件14布置在基板1上，第三容器13安装在第五舵机组件14上，第三容器具有可容纳单光子模型的第三容纳槽，基板1上开设有第七通道16和第八通道17，第五舵机组件14可驱动第三容器13转动使第三容纳槽的开口对接第七通道16或第八通道17以接收第七通道16或第八通道17内的单光子模型，然后由第五舵机组件14驱动第三容器13转动使第三容纳槽的开口对接第三通道7，以将第三容纳槽内的单光子模型送入第三通道7。通过第五舵机组件14驱动第三容器13转动接收来自第七通道16或第八通道17的单光子模型并将单光子模型送入第三通道7内，可进一步体现单光子在传输过程中的随机特性，有效提高演示和教学效果。
为了便于控制单光子模型进行传输，在进一步地具体实施方式中，还包括控制器、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器设置在第一容纳槽内，第二压力传感器设置在第二容纳槽内，第三压力传感器设置在第三容纳槽内，第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均信号连接控制器，控制器分别控制连接第一舵机组件5、第二舵机组件6、第三舵机组件12、第四舵机组件和第五舵机组件14。通过压力传感器检测单光子模型是否进入对应的容纳槽，以便于控制器控制相应的舵机组件继续工作，从而完成单光子模型的传输。具体的程序设置根据实际情况进行设置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单光子安全通信随机选择演示装置，其特征在于，包括：基板(1)、随机选择机构、单光子模型，基板(1)上开设有第一通道(2)和第二通道(3)，单光子模型具有第一表面和第二表面，第一表面与第二表面之间具有人眼可区分的特征；
随机选择机构包括第一舵机组件(5)、第二舵机组件(6)和第一容器(4)，第一容器(4)具有可容纳单光子模型的第一容纳槽，第一舵机组件(5)布置在基板(1)上，第一容器(4)安装在第二舵机组件(6)上且可受之驱动而使第一容器(4)转动以使第一容纳槽内的单光子模型的第一表面与第二表面之间位置不变或位置互换；
第二舵机组件(6)安装在第一舵机组件(5)上且可受之驱动而使第二舵机组件(6)转动，使第一容纳槽的开口由对接第二通道(3)转为对接第一通道(2)以使第一容纳槽接收来自第一通道(2)内的单光子模型，或使第一容纳槽的开口由对接第一通道(2)转为对接第二通道(3)以将第一容纳槽内的单光子模型送入第二通道(3)内并视觉展示第一表面或第二表面。
2.根据权利要求1所述的单光子安全通信随机选择演示装置，其特征在于，还包括第一固定选择机构、第三舵机组件(12)和阀门(11)，基板(1)上开设有第三通道(7)、第四通道(8)、第五通道(9)和第六通道(10)，第三舵机组件(12)布置在基板(1)上；
阀门(11)安装在第三舵机组件(12)上且可受之驱动而使阀门(11)阻断第三通道(7)与第一通道(2)之间的导通以使经由第三通道(7)而来的单光子模型进入第四通道(8)，或使阀门(11)阻断第三通道(7)与第四通道(8)之间的导通以使经由第三通道(7)而来的单光子模型进入第一通道(2)，第五通道(9)与第二通道(3)合流至第六通道(10)；
第一固定选择机构包括第四舵机组件和第二容器，第四舵机组件布置在基板(1)上，第二容器具有可容纳单光子模型的第二容纳槽，第二容器安装在第四舵机组件上且可受之驱动而使第二容器转动，使第二容纳槽的开口由对接第五通道(9)转为对接第四通道(8)，以使第二容纳槽接收来自第四通道(8)内的单光子模型，或使第二容纳槽的开口由对接第四通道(8)转为对接第五通道(9)，以将第二容纳槽内的单光子模型送入第五通道(9)内。
3.根据权利要求2所述的单光子安全通信随机选择演示装置，其特征在于，第六通道(10)远离第五通道(9)的末端具有可展示单光子模型的展示区(15)。
4.根据权利要求3所述的单光子安全通信随机选择演示装置，其特征在于，还包括第二固定选择机构，第二固定选择机构包括第五舵机组件(14)和第三容器(13)，第五舵机组件(14)布置在基板(1)上，第三容器(13)安装在第五舵机组件(14)上，第三容器具有可容纳单光子模型的第三容纳槽，基板(1)上开设有第七通道(16)和第八通道(17)，第五舵机组件(14)可驱动第三容器(13)转动使第三容纳槽的开口对接第七通道(16)或第八通道(17)以接收第七通道(16)或第八通道(17)内的单光子模型，然后由第五舵机组件(14)驱动第三容器(13)转动使第三容纳槽的开口对接第三通道(7)，以将第三容纳槽内的单光子模型送入第三通道(7)。
5.根据权利要求5所述的单光子安全通信随机选择演示装置，其特征在于，还包括控制器、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器设置在第一容纳槽内，第二压力传感器设置在第二容纳槽内，第三压力传感器设置在第三容纳槽内，第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均信号连接控制器，控制器分别控制连接第一舵机组件(5)、第二舵机组件(6)、第三舵机组件(12)、第四舵机组件和第五舵机组件(14)。
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