浅析量子通信技术及其发展前景

浅析量子通信技术及其发展前景

发表时间：2019-03-27T09:50:33.923Z 来源：《科技研究》2018年12期作者：伊大文[导读] 新兴产业培育和经济建设等诸多领域，也将产生基础共性乃至颠覆性的重大影响。（公诚管理咨询有限公司广东广州 510610）

摘要：随着人类对微观粒子系统的观测和调控能力不断突破和提升，利用量子力学中的叠加态和纠缠态等独特物理特性进行信息的采集、处理和传输已经成为可能，量子科技革命的第二次浪潮即将来临。以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术是未来信息通信技术演进和产业升级的关注焦点之一，其研究和应用发展在未来国家科技发展、新兴产业培育和经济建设等诸多领域，也将产生基础共性乃至颠覆性的重大影响。

关键词：量子通信技术；发展前景

引言

量子信息技术发展与应用呈现加速趋势，全球各国普遍关注和重视，我国对于量子信息技术和产业发展的重视程度也进一步提高。为推动我国量子信息技术研究与产业应用的健康发展，我们应该掌控量子通信技术及其发展前景。

1 量子通信技术的定义

使用量子特殊效应进行通信信息传播的一种全新通信方式，量子是不能够被分割。在20 世纪时期，我国物理界研究人说在进行微观粒子运动规律的研究是，重点研究量子力学，这为后期通信理论研究奠定强有力的基础。我们可以使用量子的特殊技术—纠缠效用进行通信，这样保证通信的安全性和保密性。换个角度来看，量子通信技术是在物理及下限的条件下利用量子效应现象促成的最高性能通信，在物理原则上保证其安全稳定性，减少了因技术无法实现的状况。

2 量子通信技术国内外研究现状

2.1量子技术国内研究现状

为了让量子通信从理论走到现实,从上世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会和国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。 1）量子通讯技术其实在通讯过程中给通讯信息加上密码。现在在实际应用中最多的就是量子密码术。 2）中国在量子通讯技术领域可以领先世界，是因为中国投入了大量的人力，物理，财力，把这项技术从设想阶段推进到实证阶段。中国虽然发展的晚，但是解决了技术中的大量难题，并且能投入实用和生产。

2.2量子技术国外研究现状

国外量子通信概念自1984年开始提出，1992年后开始得到重视、逐渐发展，至今整个产业链日趋成熟，开始步入应用推广阶段。国外量子通信产业比中国更早的步入实用化，量子通信科技产业实体中较为知名的有美国BNN（雷神子公司）、MAGIQ TECH以及瑞士的IDQ，它们能够提供初步商用化的量子密钥分发系统器件、终端设备和整体应用解决方案。

其中IDQ 是量子密钥生成的世界领导者，量子安全加密类产品主要有量子网络安全加密，量子密钥分配，量子密钥生成等。BNN 科技公司为雷神公司全资子公司，擅长量子计算，参与美国情报高级研究计划局（IARPA）发起的量子计算机科学（QCS）项目研究。

3 量子通信技术的体系架构

量子信源、量子编解码器、量子调制解调、量子传输通道、量子接收器等八个组成部分构成了量子通信系统。量子源是一种量子信息发生器，它将量子信息转换成量子比特，以便在信道上传输。量子传输通道是传输量子信息的介质，量子辅助通道是量子传输通道和测量通道之外的附加通道。量子噪声是对通信环境对量子信号影响的等效描述。量子解码将量子信息位转换成信息，并使用量子接收器接收信息。一般状况下，非理想量子通信一般采用“量子信道+辅助经典信道”进行。

4 量子通信技术的特点与优势

与传统的通信技术相比，量子通信技术的特点及优势体现在以下几个方面：（1）具有较高时效性。量子通信线路时延几乎为零，信息传递速度快，过程无障碍。

（2）具有较强的抗干扰性。不通过传统信道进行信息传输，与通信双方之间传播媒介无关。

（3）具有较好的保密性。这是由于量子不可克隆定理决定的。

（4）相比于传统的通信手段，同等条件下量子通信技术获得可靠通信所需的信噪比低30-40dB。

5 量子通信技术的前景展望

通信有着很强的标准要求，量子通信是可以实现的，对于空间的传输以及信息技术的传播，许多国家在量子技术的研究上都取得了一定的成果，量子通信技术普遍将加速这一进程发展的速度，该技术具有灵通信发展，为人类创造探索太空奠定强有力的基础。量子通信在国防和军事领域有着广阔的应用前景，是量子技术的最大特点，量子技术的安全性是传统加密通信是一般通信技术无法达到的。量子通信技术的超安全性可以有效地保证其军事秘密和军事行动不被敌人破译和发现，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法时，现有的计算机可能需要数万年的时间。实际上，它们是完全不可接受的，几乎没有实际价值，但量子计算机可以在几分钟内加密。

6 我国量子通信技术量子保密通信技术领域一直引领世界发展脚步

在量子保密通信技术领域我国一直引领世界发展脚步，如“全球首个发射量子卫星墨子号、全球首个完成千公里级量子保密通信试验、全球首个建立起实用化的2000公里级量子通信技术干线”密匙是密码安全性的根基，这不仅在普通的光纤、线缆通信中适用，量子通信也是如此。所以密匙产生的质量和数量，也决定着通信的安全性。量子随机数发生器就是产生密匙的核心设备，它的性能越好，随机数产生的速率则越高、质量也越好，意图盗取信息的人也就越难以迅速找到破解密码的钥匙，使量子通信技术具备真正理论上的“完美安全性”！

我国在量子通信领域再一次取得了重大突破，中国电子科技发布了一款新型高速量子随机数发生器。它能实时产生速率大于5.4G比特每秒，极限值突破117G比特每秒的量子随机数，一举刷新了此前由我国科学技术大学团队创造的68G比特每秒的记录，成为当前世界最快最高的量子随机数发生器。

总结：

科学家们在量子领域的研究收获颇丰，比如能免于骇客攻击的数据共享、真实的量子隐形传输等，量子的优势也随之得到了充分展示。我们要全面掌控量子通信技术及其发展前景，推动社会进步与发展。

参考文献：

[1]陈姗姗；张少杰；浅谈如何加强量子通信技术建设 [J].电力自动化系统，2017，35（14）：11-17.

[2]朱慧；张韶涵；张会军；浅谈量子通信技术发展现状及应用前景分析控制 [D].广州：河南大学，2017（8-89）.

[3]刘小峰；张慧宁一；王卫计；浅谈量子通信技术发展管理 [J].山东大学，2016，10（4）：18-22.