量子通信及其在电力通信中的应用

2020-12-22叶秀鑫郭小妹

商品与质量 2020年51期

叶秀鑫郭小妹

1.海南电力设计研究院有限公司海南海口 570000

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目前我国比较关注信息通信安全，并加大了研究力度。量子通信属于新型交叉学科，能够在根本上保障安全的信息通信，现阶段已在国际上成为量子物理以及信息科学中的一项研究热点。量子通信以量子纠缠效应为基础来信息通信，并实现信息保护，其主要特点是具有安全性和高效性等，与许多重要科学相融合，例如信息论和量子论等。量子通信应用在电力通信中能够发挥重要作用，从而本文主要研究量子通信以及其如何应用在电力通信中。

1 量子通信概述

无条件安全是量子通信的一项重要特征，可保证在现代技术环境中能够绝对安全的传输信息。量子通信以一次一密保证信息安全性，并利用量子状态对安全攻击进行侦查，从而使得量子通信广泛应用在网络通信、基础设备以及金融等方面。在量子通信概念诞生后，其有效应用了现代物理学成果以及光通信技术。按照信道来分类，可以将量子通信划分成两种，一个是隐形通信，另一个是密码通信[1]。其中隐形通信是向另一个地方传输粒子的未知量子态，以此实现有效传输信息，无实物的量子信道可对传输两端做出改变，这将不能够破译量子隐形通信。另外的密码通信是将量子状态当做可以加解密信息的密钥，密钥在传输过程中能够发现窃听情况。量子通信之中无条件安全特点以及一次一密方法能够产生紧密联系，这之中物理学原理能够发挥重要作用，由此加强计算能力和提升数学水平，不会对量子通信安全造成影响。量子通信的特征表现有以下两方面。①实现无阻碍通信。量子通信依托于量子纠缠技术而发展，这一纠缠状态下，即便两个粒子距离远，其也能够相互纠缠，如果其中一侧改变，那么另一侧随之改变。针对这一情况，以改变其属性形式可将传输信息出现故障情况减少，从而使信息传输无障碍。②安全性。需在量子改变或者是损坏状态下获取量子态，如果在量子信道对信息进行传输时遇到截获以及复制等情况，将会进行信息反馈，进而向信源传送这一消息，具有传统通信无法替代的安全性。

2 电子通信之中量子通信的具体应用

2.1 应用量子密钥分配技术

电力通信之中运用量子通信时，运用其中的密钥分配技术可保障电力通信，这一应用与电力通信领域的分区域工作结合，以此来分离内外网，其实际通信具有较高安全性，充分考虑性能、成本和可靠性等内容，可确保密钥分配技术不会影响到目前的网络拓扑[2]。具体应用密钥分配技术时，可以实现指挥体系中的信息传输和音视频通的安全性保障，电力保电系统最高级别安全措施也能与密钥分配技术配合使用，则可以实现电力通信中落地使用量子通信。电力通信中密钥分配技术运用系统拓扑如图1 所示，观察图后能够掌握量子通信在通信保障中应用的具体思路，该应用相关的主要功能和典型应用场景体现为以下几点：①典型的应用场景。典型应用密钥分配技术场景指的是保电系统以及音频、视频通话等，保电系统负责的是保电期间在现场的指挥管控以及辅助决策，其中应用密钥分配技术，可以加密现场指挥中心的访问通道，从而能够提升指挥中心以及机房服务器间通道传输安全性；音频视频通话主要是与传输指挥中心的视频通话信息，运用密钥分配技术可使通话传输过程加密。②具体指标以及功能。应用密钥分配技术的主要构成有量子密钥生成、终端管理以及专用量子虚拟网络（VPN），量子密钥生成负责的主要是分发量子密钥过程，其主要相关指标有诱骗态BB84 协议、裸光纤、偏振编码。目前有一部分电力企业开始探索运用密钥分配这一技术，从而明确电力通信中应用密钥分配技术能够实现通过机器来自动分发密钥过程、根据随机数列进行密钥共享、在物理定理两点间基础上共享密钥以及自动感知量子信道攻击，从而有效防止攻击者获取密钥共享内容，可以提升电力通信的安全保障程度。

2.2 应用智能变电站的量子通信纠错编解码技术

目前许多地区开始在智能变电站上探索运用量子通信，研究人员在应用探索过程中发现，智能变电站处在复杂多变的电磁环境中，会在一些时候对量子通信的开展产生影响，从而出现量子比特差错等问题，解决该问题需要使用纠错编解码技术。电磁环境会破坏量子通信的量子相干性，其中一项有效、与量子通信技术结合的解决问题措施是冗余编码。

2.3 应用量子遗传算法

通信结合遗传算法后可产生量子遗传算法，其特征主要体现为较小的种群规模、较强的开发和探索能力、算法性能优秀、收敛迅速等，这从而广泛地应用在电力通信中。电力通信中对量子遗传算法加以运用，可选用该算法的典型应用，即为电力通信网路由，根据电力通信业务实际需求，能够通过求解多约束以及多目标优化问题，基于此使用量子遗传算法，电力通信领域能够有效渗入量子通信理念与技术[3]。对量子遗传算法进行实际应用时，技术人员应该对传统技术的通信指标影响量子通信技术应用情况进行充分考虑，重视电力业务实际有效构建目标函数，从而应用量子遗传算法可迅速获得满足通信业务特征的最佳路径，从而短期内获得最优解。