通信业的量子时代

甘学斌

（公诚管理咨询有限公司，广东 广州 510630）

0 引 言

量子通信是一种综合性较强的新型学科，是通信信息学与量子力学相碰撞的结晶。这种通信技术由量子密布编码、量子暗码通信技术和量子远程传态技术组成，突破了传统信息传输过程中加密方法的束缚，理论上可确保数据传输过程的绝对安全，是现代通信技术的又一项伟大突破。现实生活中，量子通信已经慢慢渗透到人们的各个方面，引起了世界各国的广泛关注和高度重视。我国抓住时代发展机遇，大力研究通信量子产业，虽然研发起步较晚，但在关键技术上取得了重大突破，已经成为世界上量子通信的领跑者。同时，量子通信作为一种新型科学技术，产业化的普及仍然漫长[1]。

1 量子通信发展历程

物理界中的最小单元是量子，而人们所处的世界可以说是由量子构成的。量子通信的原理是基于量子叠加和量子纠缠特征，以量子态作为信息传输载体。实现的过程类似两个人的心灵感应，无论两个粒子形态的量子相距多远，都能够互相影响对方。当一个粒子接收到另一个粒子发出的信号时，两者产生“精神”交互，而本身“躯体”所处位置、当下状态并没有改变，这种现象被称为量子的纠缠特性[2]。因此，相关研究人员利用量子独特的性质提出量子通信技术，使远距离的两种粒子产生信息传递的交互共鸣。相对来说，这种数据传输方式比传统信息传递更加安全可靠。

2 量子通信发展现状

蒸汽机的发明引发了一次世界革命，而量子态的通信应用也必将打破传统通信现状。相比来说，量子通信更具有独特的一面，具有传输高效率、传输数据量庞大、信息防护性高、更加安全等特点。目前，量子通信技术已经渗透到社会生活的各个方面，如航空航天、卫星导航等领域。这种技术无论在性能和用途方面，都是传统通信技术不可比拟的。随着技术的不断成熟，量子通信技术产业化不久便会普及，届时量子通信需求原料、服务项目等必将受到国际热议。因此，世界各国开始了量子通信技术的研发竞赛，以求实现最大化商业价值，为国家安全防护做出贡献。

3 量子通信技术发展面临的问题

3.1 通信保密性不高

从理论来讲，量子通信技术依据量子纠缠特性可以实现传输信息安全。但从实际情况出发，量子通信技术仍达不到传输信息的绝对安全，需要从量子通信技术的细节思考。量子之间的信息交互需要借助外界设备如接收机、信号节点等，这些载体元件很难与数学模型中的系统理论相契合，直接决定了量子通信技术的严重漏洞。如果被不法分子加以利用，可能会对信息的传递造成监视。另外，量子通信不能做到自主进行，需要专业人士进行操控。由于第三方人员的介入，仍会导致传输信息的泄露。量子通信根据密钥来变换密码，若传输过程中受到拦截，密钥会发生变化致使拦截失败，确保数据安全地传输。但是，这种量子密钥会受到光源等外物的干扰和影响，进而对量子通信产生不良效果。

3.2 成本高，使用环境有限

当下，量子通信技术的面向对象是国家科研、国防、航天等领域，所覆盖的范围依旧局限，不能够大规模开展。这种形式表明量子通信技术分散性很高，增加了量子通信的建设成本。然而，量子通信技术的传输需要两条介质，一是信息传输网络，二是量子密钥。这种传输方式必然对量子通信建设成本造成了一定影响。对于这种新兴科技，国内许多开发商一直处于观望态度，并没有投入大量资金进行传统通信技术的改造升级，成为量子通信技术普及的重要障碍。另外，量子通信的传输对传输载体要求较为苛刻。若双方传输距离较远，则需要借助中转站或者卫星基站来实现。普通的人工智能手机根本无法实现这一要求，而传输所需要的光学元件生产成本较高，所需精度严格。这些情况进一步限制了量子通信技术的发展。

3.3 技术方面的成熟度不高

经过多年研究，量子作为新型传输技术正是未来通信业前进、发展的方向。作为世界上安全性最高的传输线路，具有传统通信不可媲美的独立特性。当今技术下，量子通信的关键技术仍旧不成熟，传输细节不够完善，市场规模较为分散。但是，这种新型通信技术仍旧保持在世界领头羊的位置。存在不足就有巨大的发展空间，不久的将来，量子通信会做到信息传输的绝对安全。从目前的研究结果来看，量子通信采取QKD光纤传输系统，并不完全与量子传输条件相匹配，出现了一系列问题。这种系统无法满足量子密钥的“一次一密”特性，原因在于该系统的传输安全码达不到量子传输需求，大大限制了数据传递[3]。所以，要想实现量子通信传递的绝对安全，仍需要在单光子发送和QKD系统的制定协议上加以改进，使得量子纠缠和量子存储特性全面发挥作用。

3.4 对量子通信的标准化研究难有突破性进展

量子通信技术早在20世纪90年代被提出，近几年才取得突破性发展。这是新时代科学技术的结晶，技术复杂，协议制定要求严格，建设成本较高，难以形成量子通信技术的产业化普及。量子通信是一种综合性较强的项目，容纳了数学、物理、电子、互联网等一系列相关知识，给有关人员增加了开发难度。如今，多数公司了解量子通信的发展潜力后仍处于观望状态，且各个公司掌握的资料相对保密，大大限制了该技术的推行与普及。

4 量子通信的未来趋势

4.1 量子通信技术发展前景

前文着重分析量子通信技术的传输原理、发展历程和该技术所面临的一系列问题。不难看出，如果克服有关难题，量子通信技术必将在不久的将来大放光彩[4]。立足当下，应该对量子通信进行规划。

首先，航空航天等军事领域发展空间较为广泛。众所周知，军事是确保一个国家安全的前提，量子通信技术的高强度安全性直接决定了其应用价值。这种价值已经被社会所认同，未来必将会大批量、大范围应用到军事领域中，确保国家机密信息安全可靠。大力发展航空航天等科学技术，量子通信具有信息跨区域传递的准确性和快速性，防止信息传递过程中被不法分子窃听、盗取。根据量子通信技术的独特性质可以断定，不久的将来，这种新型技术必定会在航空航天等军事领域取得重大突破。

其次，国家信息的存储需要量子通信技术保驾护航。国家信息涉及到国家的安危，高机密的信息存储不仅需要高强度的安全性，还需要大容量的存储空间。量子信息库可以满足这一系列要求，并设置“一次一密”的密钥。若有外物想要修改这种状态，量子就会发生改变产生新的密钥，从而保障国家信息存储的安全。

最后，量子通信与互联网相辅相成。网络发展速度远超量子技术的发展，大数据、人工智能、云计算等新型互联网产物应运而生，搭建了全新的网络架构。大数据所含的庞大数据库需要一种快速、准确检索的传输介质，特别适合量子通信技术的特性。

4.2 量子通信产业化建议

4.2.1 制度化保障

首先，量子通信产业化的普及需要大量资金投入，对量子技术涉及的光学器件进行高精度要求，对有关物理元件进行高标准制定，进一步降低量子通信过程中不稳定因素发生的概率，提高系统稳定性。

其次，完善税收激励政策。针对量子通信技术企业实施税收减免或优惠政策，鼓励量子通信企业积极从事量子通信技术的研发和应用推广工作，研究制定鼓励金融机构对量子通信技术产业投资的税收支持政策。

最后，加快标准体系建设。量子通信技术的发展参差不齐，各国有各国的发展目标及其动向。一套完整的体系建设标准会直接影响相关人员发展动向。因此，需与各个企业开展合作交流，大力推进量子通信产业普及。

4.2.2 促进规模化发展

（1）建立量子通信技术研究所

在北京、武汉等地设立有关技术研究所，鼓励相关企业和学校进行量子通信技术的研发。

（2）搭建相关平台

设置量子通信奖项，鼓励企业、学校、个人从事量子通信技术研究，大力推动量子技术发展；构建交流学习平台，供有关人士进行学习、研究，实现良好的合作交流，不断提升自身素养。

（3）推动量子通信技术试点示范工程

在量子通信技术发展较好的省份，选取金融、政务等重点领域开展量子通信技术试点工作，推动量子通信技术的开发应用，起到带头示范作用。

4.2.3 强化国际合作

（1）推进国际合作交流

每个国家都有研发的技术强项，搭建良好的合作交流平台可以推进量子通信技术健康发展。因此，需要制定一套完整的量子通信技术标准，使量子通信技术更好地造福人类。

（2）引进人才

国家应制定相关的法律政策，广泛吸收、破格录用人才，同时鼓励国外企业及其科研机构在我国设立研发站点。

（3）建立人才互访机制

建立人员互访机制，定期选派优秀人才赴国外进修和培训，学习国外先进的技术和管理经验。

5 结 论

当前，虽然量子通信技术市场规模分散，且存在成本过高等问题，但是未来量子通信将不只是一种全新的加密通信手段,而是新一代信息网络安全的关键技术，同时也是越来越普遍的电子服务的安全基石。随着它在军事、企业、高校等领域的积极推广，相关技术将不断成熟与完善，必将实现量子通信产业的规模化发展，届时将对国家利益的保障和国际地位的提升发挥不可估量的作用。