張燦?夏耀威?陳健?狄麗娟

摘要：量子通信是與國家信息安全相關(guān)的國際公認的戰(zhàn)略競爭領(lǐng)域。這世紀以來，在通信安全和快速通信等方向量子通信技術(shù)有了很大的進步，使得量子通信得到了普遍的運用，為量子通信在將來世界的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。在本文中，對量子通信的原理、結(jié)構(gòu)以及特性作出了闡述，以及對量子通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和運用前景進行了分析。

關(guān)鍵詞：量子通信技術(shù)；通信安全；通信原理

量子通信作為一種新型通信手段，是一種通過量子特有糾纏效應傳輸信息的通信技術(shù)。它作為一門新興學科，有著遠大的前景，對照傳統(tǒng)的通信技術(shù)，量子通信“打破”了傳統(tǒng)的通信方式。近年來，這門新興學科“走過”了從理論到實驗的過程，并已在實際生活中得到應用。該技術(shù)在隱身傳輸和加密安全領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，以及其余的通信技術(shù)未曾具有的高效率和相對安全等特點，令量子通信技術(shù)成為了世界通信領(lǐng)域的熱點。

通過利用量子力學、量子并行性、量子糾纏和非克隆等量子特性，來探索量子的信息傳遞等技術(shù)，以便通過量子的獨特性來突破原始芯片的“束縛”。量子糾纏在量子力學理論中很難理解，它是通過物理概念產(chǎn)生的效應，但現(xiàn)在人類開始將實現(xiàn)并利用此效應。在現(xiàn)實世界中，可通過光纖來傳遞量子信息進而實現(xiàn)量子通信的過程。但由于光纖會遭到本身和地理條件的限度，并不能再任何地方都實現(xiàn)這個過程。為了突破限制，基于對量子隱形傳態(tài)的拓展，科學家們設(shè)計了一種通信方案。這種新型的通信方案是以EPR粒子對的遠程相關(guān)性作為依據(jù)實現(xiàn)的。因此，這種方案也可以用過傳遞信息的新方式。

1 量子通信技術(shù)

1.1 量子通信的基本原理

對比傳統(tǒng)通信方式，量子通信擁有速度快、承載信息容量大以及機密性強等優(yōu)勢。量子通信信息傳輸?shù)倪M程，便驗證了量子力學原理。量子信號源、量子信道以及量子信宿都包含在量子通信系統(tǒng)中。量子信號源生成信息并將其發(fā)送出去；量子信宿接受信號源的信息；接收到的量子信息通過量子解調(diào)還原成原始信息。原子、電子、光子這三種粒子具有量子效應。因此，所有擁有量子效應的粒子都可以用作量子信道的信號。在信息傳輸過程中，因為光信號的傳輸特性，量子通信也是量子光通信。通過單光子，量子通信便能克服空間的局限性，實現(xiàn)理想中的全球化、高速以及高機密性通信。

1.2 量子通信的體系架構(gòu)

量子通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)包括：量子信源、量子編碼器、量子調(diào)制器、量子解調(diào)器、量子傳輸信道、輔助信道、量子信道噪聲、量子譯碼器以及量子信宿。

1.3 量子通信技術(shù)的特性

（1）無條件安全性

量子通信技術(shù)將量子態(tài)作為突破傳統(tǒng)加密技術(shù)的關(guān)鍵。在原理上，量子通信技術(shù)的特性包括無法竊聽性、無法復制性以及“理論上”的無條件安全性。在量子傳輸?shù)倪^程中，理論上量子態(tài)會由于其他攔截或嘗試獲取量子密鑰的操作所改變。因此，具有“理論上”的無條件安全性。

（2）量子通信擁有很強的抗干擾和傳輸能力

量子通信不會受到信息傳輸中任何障礙的阻礙，并且線路傳輸延遲極短，因此可以實現(xiàn)最快的通信傳輸。相比于傳統(tǒng)的通信手段，由于量子通信是基于量子糾纏的通信方式，因此量子通信不會受到電磁的干擾。在信息傳輸方面，量子隱形傳態(tài)則可以突破地理條件的限制，具有很強的傳輸能力。

2 對量子通信發(fā)展現(xiàn)狀與應用前景的分析

2.1 對量子通信的發(fā)展現(xiàn)狀分析

量子通信是通信史上一次重大的突破，使人們對未來的通信技術(shù)充滿希望。由于量子通信技術(shù)的獨特性，它在建立安全性和機密性以及大型信息傳輸系統(tǒng)方面具有天然的優(yōu)勢。量子通信技術(shù)在傳輸大量信息時的高效性機密性使得該技術(shù)廣泛用于軍事和國防領(lǐng)域。中國已高度注重量子通信技術(shù)的利用，并將其提升到信息安全網(wǎng)絡(luò)水平采取信息安全網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。中國首創(chuàng)的量子衛(wèi)星“墨子”號成功發(fā)射。量子安全通信“京滬鐵路”連接了北京等地的量子通信網(wǎng)絡(luò)。這些我國在量子通信方向的發(fā)展都表現(xiàn)了我國在該領(lǐng)域的重大成就?？茖W以及工業(yè)化會越來越成熟，量子產(chǎn)品會被普及，“量子+”時代便會來臨。

2.2 對量子通信技術(shù)的應用前景分析

隨著“十三五”規(guī)劃的推進，政府，軍事基地等重要機構(gòu)將加大對信息安全的需求，大學等其他科研機構(gòu)的產(chǎn)業(yè)化力量，以及量子通信技術(shù)的應用。量子通信的發(fā)展會更加迅速。經(jīng)過對我國現(xiàn)今在量子通信方向的進展的研究，本文僅從國防及軍事領(lǐng)域做出了以下思考：首先，現(xiàn)有的軍事通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠布置量子密鑰生產(chǎn)和調(diào)配系統(tǒng)，以將量子密鑰分配給未來戰(zhàn)場覆蓋區(qū)域中的任何兩個用戶。通過這種方式，便能在未來作戰(zhàn)的環(huán)境下形成可移動的安全通信網(wǎng)絡(luò)。其次，由于光學量子密碼學的“加密可知”和“不可破解”的特點，現(xiàn)有的光纖通信設(shè)備可以與光量子密碼學相結(jié)合，以提高當前軍事網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臋C密性。第三，軍事信息網(wǎng)絡(luò)對于大容量，高速率的傳輸處理具有很高要求。通過對量子通信技術(shù)的進一步研究和開發(fā)，可以嘗試利用量子隱形傳態(tài)等來建立滿足軍隊對安全保密和效率等有特殊要求的軍事信息網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)語

在當今社會，世界各國越來越多地要求通信技術(shù)的效率和安全性。因而，量子通信已發(fā)展為量子為通信領(lǐng)域的熱點。中國應該在創(chuàng)新的路途上提升量子通信技術(shù)的實效性，使其始終處于領(lǐng)先地位。

參考文獻：

[1] 甘學斌.通信業(yè)的量子時代[J].數(shù)字通信世界，2019（02）.

[2] 梁雨清.劃時代的量子通信技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].電子世界，2016（24）.

[3] 黃哲.基于量子糾纏的量子通信技術(shù)[J].中國新通信，2016，18（23）.

[4] 任媛媛.量子通信技術(shù)的發(fā)展及其應用前景[J].安徽科技技， 2016（10）.

[5] 嚴益強.量子通信進展綜述[J].廣東通信技術(shù)，2017（12）.

作者簡介： 張燦（1993-），男，湖北武漢人，碩士，研究方向：量子計算機與量子通信。

（作者單位：湖北工業(yè)大學）