量子保密通信技术综述
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｅｃｒｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅ－
ｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ “ｏｎｅ—ｔｉｍｅ ｐａｄ”． ｉｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｓｅｃｒｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．
Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｅｃｒｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉｌｉｔａｒ ｙ ａｎｄ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｆ ｉｅｌｄｓ，
ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｍａｄｅ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｒｅｃｅｎｔｌｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕ－ ｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｔｓ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉ— ｂｕｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
子相 干叠 加 和 量 子 非 定 域 性 等 量 子 力 学 的基 本 物理 原 理 。量 子 通 信 主 要包 含 量 子 密 码 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｒ ｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ）、量 子 隐 形 传 态 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｔｅｌｅｐｏ￣ａ— ｔｉｏｎ）、量 子密集 编 码 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｅｎｓｅ Ｃｏｄｉｎｇ）、量 子 信 息论 等研究 分 支 。 目前 ，量子 密 集 编码 技 术 处 于 基 础研 究 阶段 ，实验 条件 尚不成 熟 ；量 子 隐形传态 技 术 近期 取得 突破性 进展 ，但离实 用 尚有距离 ；量子 密 码发展 最为成 熟 ，正迅速 走 向实用化 。量子 密码 ，也 被称 为量 子 保 密 通 信 技 术 ，其 包 含 量 子 密 钥 分 发
收 稿 日期 ：２０１８－０３—３１ 修 订 日期 ：２０１８－０５－０２ 基 金项 目：西南通信研究所重点实验室基金 （６１４２１０３０４０１０５）
２０１８年第 ３期
樊 矾等 ：量子保密通信技术综述
３５７
（ＱＫＤ） 、量子安全直接通信 （ＱＳＤＣ） Ｊ、量子秘 密 共享 （ＱＳＳ） Ｉ６ Ｊ、量 子 认 证 （ＱＡ） 卜 、量 子 公 钥 加 密 （ＱＰＫＣ） Ｊ，量 子保 密查 询 。。等 研 究 方 向。其 中 ，ＱＫＤ技 术 在 理论 和 实 验 上 发 展 最 完 善 ，是 当 前 最 重要 、最 主流 的量 子保 密通信 技术 。
第 ３期 ２０１８年 ６月
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Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣＡＥＩＴ
Ｖ０１．１３ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ． ２０１８
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—５６９２．２０１８．０３．０２２
量 子 保 密 通 信 技 术 综 述
Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｅｃｒｅｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＦＡＮ Ｆａｎ，ＷＥＩ Ｓｈｉ—ｈａｉ，ＹＡＮＧ Ｊｉｅ，ＨＵＡＮＧ Ｗ ｅｉ，ＸＵ Ｂｉｎｇ－ｊｉｅ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ＣｏｍｍｕｎHale Waihona Puke Baiduｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００４，Ｃｈｉｎａ）
樊 矾 ，魏世 海 ，杨 杰 ，黄 伟 ，徐兵 杰
（西 南通 信研 究所 ，９）１１成都 ６１００４１）
摘 要 ：量子保 密通 信是 利用 量子 力学基本 原理 和“一 次一 密”加 密体制 来 实现 信 息安全 传 递 的一 种全新 的保 密通信 方 法。量子 保 密通信技 术 由于具备 无 条件 安 全性 ，因而具有 极 高的 军事 价值 和 商业 价值 ，得 到各 国政 府及相 关研 究机 构 的广 泛关 注 ，并在 近年 来取得 了突破 性进展 。本文 简述 了 量子保 密通 信 的基 本 原理和研 究意义 ；综述 了 国内外量子保 密通 信 的发展 现 状和技 术 水平 ；同时还 进一 步分析 了量 子保 密通信技 术 未来发展 趋 势并探 讨 了其 重 点 突破 方 向 ，最后 对该技 术进 行展 望 并提 出一 些建议 。 关键 词 ：量 子保 密通信 ；量子 密钥分发 ；实用化 中图分类 号 ：ＴＮ９１８；Ｏ４１３ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１６７３—５６９２（２０１８）０３—３５６－０７
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｅｃｒｅｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
０ 引 言
量 子 通 信 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）是 利 用 物 理实体 粒子 （如光 子 、原 子 、分子 、离子 ）的某 个 物理 量的量子态作为信息 编码 的载体 ，通过量子信道将 该量子态进行传输到达传递信息 目的，是量子信息 科 学 的重要 研究 分支 。其核 心在 于 以量 子态来 编码 信 息并传 输 ，其 通信 过程服从 量 子不确 定性原 理 、量
ｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ “ｏｎｅ—ｔｉｍｅ ｐａｄ”． ｉｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｓｅｃｒｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．
Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｅｃｒｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉｌｉｔａｒ ｙ ａｎｄ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｆ ｉｅｌｄｓ，
ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｍａｄｅ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｒｅｃｅｎｔｌｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕ－ ｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｔｓ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉ— ｂｕｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
子相 干叠 加 和 量 子 非 定 域 性 等 量 子 力 学 的基 本 物理 原 理 。量 子 通 信 主 要包 含 量 子 密 码 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｒ ｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ）、量 子 隐 形 传 态 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｔｅｌｅｐｏ￣ａ— ｔｉｏｎ）、量 子密集 编 码 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｅｎｓｅ Ｃｏｄｉｎｇ）、量 子 信 息论 等研究 分 支 。 目前 ，量子 密 集 编码 技 术 处 于 基 础研 究 阶段 ，实验 条件 尚不成 熟 ；量 子 隐形传态 技 术 近期 取得 突破性 进展 ，但离实 用 尚有距离 ；量子 密 码发展 最为成 熟 ，正迅速 走 向实用化 。量子 密码 ，也 被称 为量 子 保 密 通 信 技 术 ，其 包 含 量 子 密 钥 分 发
收 稿 日期 ：２０１８－０３—３１ 修 订 日期 ：２０１８－０５－０２ 基 金项 目：西南通信研究所重点实验室基金 （６１４２１０３０４０１０５）
２０１８年第 ３期
樊 矾等 ：量子保密通信技术综述
３５７
（ＱＫＤ） 、量子安全直接通信 （ＱＳＤＣ） Ｊ、量子秘 密 共享 （ＱＳＳ） Ｉ６ Ｊ、量 子 认 证 （ＱＡ） 卜 、量 子 公 钥 加 密 （ＱＰＫＣ） Ｊ，量 子保 密查 询 。。等 研 究 方 向。其 中 ，ＱＫＤ技 术 在 理论 和 实 验 上 发 展 最 完 善 ，是 当 前 最 重要 、最 主流 的量 子保 密通信 技术 。
第 ３期 ２０１８年 ６月
ｅ ＿ ’、 ．＼ 蠕
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中ＩｉＩ．毫；舛譬嗣ｆ宪阪 瓤
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Ｖ０１．１３ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ． ２０１８
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—５６９２．２０１８．０３．０２２
量 子 保 密 通 信 技 术 综 述
Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｅｃｒｅｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＦＡＮ Ｆａｎ，ＷＥＩ Ｓｈｉ—ｈａｉ，ＹＡＮＧ Ｊｉｅ，ＨＵＡＮＧ Ｗ ｅｉ，ＸＵ Ｂｉｎｇ－ｊｉｅ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ＣｏｍｍｕｎHale Waihona Puke Baiduｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００４，Ｃｈｉｎａ）
樊 矾 ，魏世 海 ，杨 杰 ，黄 伟 ，徐兵 杰
（西 南通 信研 究所 ，９）１１成都 ６１００４１）
摘 要 ：量子保 密通 信是 利用 量子 力学基本 原理 和“一 次一 密”加 密体制 来 实现 信 息安全 传 递 的一 种全新 的保 密通信 方 法。量子 保 密通信技 术 由于具备 无 条件 安 全性 ，因而具有 极 高的 军事 价值 和 商业 价值 ，得 到各 国政 府及相 关研 究机 构 的广 泛关 注 ，并在 近年 来取得 了突破 性进展 。本文 简述 了 量子保 密通 信 的基 本 原理和研 究意义 ；综述 了 国内外量子保 密通 信 的发展 现 状和技 术 水平 ；同时还 进一 步分析 了量 子保 密通信技 术 未来发展 趋 势并探 讨 了其 重 点 突破 方 向 ，最后 对该技 术进 行展 望 并提 出一 些建议 。 关键 词 ：量 子保 密通信 ；量子 密钥分发 ；实用化 中图分类 号 ：ＴＮ９１８；Ｏ４１３ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１６７３—５６９２（２０１８）０３—３５６－０７
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｅｃｒｅｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
０ 引 言
量 子 通 信 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）是 利 用 物 理实体 粒子 （如光 子 、原 子 、分子 、离子 ）的某 个 物理 量的量子态作为信息 编码 的载体 ，通过量子信道将 该量子态进行传输到达传递信息 目的，是量子信息 科 学 的重要 研究 分支 。其核 心在 于 以量 子态来 编码 信 息并传 输 ，其 通信 过程服从 量 子不确 定性原 理 、量