量子通信技术现状与应用前景分析

张灿?夏耀威?陈健?狄丽娟

摘要：量子通信是与国家信息安全相关的国际公认的战略竞争领域。这世纪以来，在通信安全和快速通信等方向量子通信技术有了很大的进步，使得量子通信得到了普遍的运用，为量子通信在将来世界的发展打下了基础。在本文中，对量子通信的原理、结构以及特性作出了阐述，以及对量子通信技术的发展现状和运用前景进行了分析。

关键词：量子通信技术；通信安全；通信原理

量子通信作为一种新型通信手段，是一种通过量子特有纠缠效应传输信息的通信技术。它作为一门新兴学科，有着远大的前景，对照传统的通信技术，量子通信“打破”了传统的通信方式。近年来，这门新兴学科“走过”了从理论到实验的过程，并已在实际生活中得到应用。该技术在隐身传输和加密安全领域取得了令人瞩目的成就，以及其余的通信技术未曾具有的高效率和相对安全等特点，令量子通信技术成为了世界通信领域的热点。

通过利用量子力学、量子并行性、量子纠缠和非克隆等量子特性，来探索量子的信息传递等技术，以便通过量子的独特性来突破原始芯片的“束缚”。量子纠缠在量子力学理论中很难理解，它是通过物理概念产生的效应，但现在人类开始将实现并利用此效应。在现实世界中，可通过光纤来传递量子信息进而实现量子通信的过程。但由于光纤会遭到本身和地理条件的限度，并不能再任何地方都实现这个过程。为了突破限制，基于对量子隐形传态的拓展，科学家们设计了一种通信方案。这种新型的通信方案是以EPR粒子对的远程相关性作为依据实现的。因此，这种方案也可以用过传递信息的新方式。

1 量子通信技术

1.1 量子通信的基本原理

对比传统通信方式，量子通信拥有速度快、承载信息容量大以及机密性强等优势。量子通信信息传输的进程，便验证了量子力学原理。量子信号源、量子信道以及量子信宿都包含在量子通信系统中。量子信号源生成信息并将其发送出去；量子信宿接受信号源的信息；接收到的量子信息通过量子解调还原成原始信息。原子、电子、光子这三种粒子具有量子效应。因此，所有拥有量子效应的粒子都可以用作量子信道的信号。在信息传输过程中，因为光信号的传输特性，量子通信也是量子光通信。通过单光子，量子通信便能克服空间的局限性，实现理想中的全球化、高速以及高机密性通信。

1.2 量子通信的体系架构

量子通信系统的体系结构包括：量子信源、量子编码器、量子调制器、量子解调器、量子传输信道、辅助信道、量子信道噪声、量子译码器以及量子信宿。

1.3 量子通信技术的特性

（1）无条件安全性

量子通信技术将量子态作为突破传统加密技术的关键。在原理上，量子通信技术的特性包括无法窃听性、无法复制性以及“理论上”的无条件安全性。在量子傳输的过程中，理论上量子态会由于其他拦截或尝试获取量子密钥的操作所改变。因此，具有“理论上”的无条件安全性。

（2）量子通信拥有很强的抗干扰和传输能力

量子通信不会受到信息传输中任何障碍的阻碍，并且线路传输延迟极短，因此可以实现最快的通信传输。相比于传统的通信手段，由于量子通信是基于量子纠缠的通信方式，因此量子通信不会受到电磁的干扰。在信息传输方面，量子隐形传态则可以突破地理条件的限制，具有很强的传输能力。

2 对量子通信发展现状与应用前景的分析

2.1 对量子通信的发展现状分析

量子通信是通信史上一次重大的突破，使人们对未来的通信技术充满希望。由于量子通信技术的独特性，它在建立安全性和机密性以及大型信息传输系统方面具有天然的优势。量子通信技术在传输大量信息时的高效性机密性使得该技术广泛用于军事和国防领域。中国已高度注重量子通信技术的利用，并将其提升到信息安全网络水平采取信息安全网络规划。中国首创的量子卫星“墨子”号成功发射。量子安全通信“京沪铁路”连接了北京等地的量子通信网络。这些我国在量子通信方向的发展都表现了我国在该领域的重大成就。科学以及工业化会越来越成熟，量子产品会被普及，“量子+”时代便会来临。

2.2 对量子通信技术的应用前景分析

随着“十三五”规划的推进，政府，军事基地等重要机构将加大对信息安全的需求，大学等其他科研机构的产业化力量，以及量子通信技术的应用。量子通信的发展会更加迅速。经过对我国现今在量子通信方向的进展的研究，本文仅从国防及军事领域做出了以下思考：首先，现有的军事通信系统网络能够布置量子密钥生产和调配系统，以将量子密钥分配给未来战场覆盖区域中的任何两个用户。通过这种方式，便能在未来作战的环境下形成可移动的安全通信网络。其次，由于光学量子密码学的“加密可知”和“不可破解”的特点，现有的光纤通信设备可以与光量子密码学相结合，以提高当前军事网络传输的机密性。第三，军事信息网络对于大容量，高速率的传输处理具有很高要求。通过对量子通信技术的进一步研究和开发，可以尝试利用量子隐形传态等来建立满足军队对安全保密和效率等有特殊要求的军事信息网络。

3 结语

在当今社会，世界各国越来越多地要求通信技术的效率和安全性。因而，量子通信已发展为量子为通信领域的热点。中国应该在创新的路途上提升量子通信技术的实效性，使其始终处于领先地位。

参考文献：

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作者简介： 张灿（1993-），男，湖北武汉人，硕士，研究方向：量子计算机与量子通信。

（作者单位：湖北工业大学）