量子通信技術發展現狀及發展趨勢研究

胡廣軍 王建

【摘要】 隨著科學技術的迅猛發展，量子力學在二十世紀引起了學術界的廣泛關注。進入二十一世紀后，在世界電子信息高速發展的大環境下以量子效應為基礎的量子通信技術也隨之進一步發展。本文主要對量子通信技術的發展現狀及發展趨勢和應用進行研究。

【關鍵詞】 量子通信技術 發展現狀 趨勢 研究

近年來量子通信在各類學術會議或期刊中頻頻出現，作為一個古老而又新鮮的話題，電視等各種媒體中經常出現各種關于量子通信技術重大突破的報道。在國家技術規劃中，“量子調控研究”被列為重大基礎科學研究計劃之一，在20-30年后預計量子技術將會給人類社會帶來巨大影響。量子通信技術的重要性，要求我們必須予以其關注。首先，我們應該對量子通信技術的發展現狀有一定了解。

一、量子通信技術的發展現狀

在量子通信的概念上，不同的角度對其有不同的表述。總體來說，量子通信是一種新型的通信方式，是量子力學和通信科學的綜合產物，它通過對量子糾纏效應的利用來傳遞信息。量子通信的基本思想主要包括兩部分，一為量子密鑰分發，二為量子態隱形傳輸。通過量子密鑰分發可以對安全的通信密碼加以建立，在一次一次的加密方式下，點對點方式的安全經典通信便得以實現，且這種安全性已經被數學嚴格證明，是迄今為止經典通信仍然做不到的。百公里量級的量子密鑰分發，目前的量子密鑰分發技術能夠輕松完成的，在光開關等技術輔佐下量子密鑰分發技術還可以實現量子密鑰分發網絡。量子態隱形傳輸是一種物理載體，能促使量子態（量子信息） 的空間轉移的同時又不移動量子態的實現，類似于將從一個信封內將密封信件內容轉移到另一個信封內且信息載體自身并不會被移動，這種經典通信中無法想象的事是基于量子糾纏態的分發與量子聯合測量完成的。量子中繼器這種以量子態隱形傳輸技術和量子存儲技術為基礎的技術可以促使任意遠距離量子密鑰分發及網絡的實現。

量子力學誕生于1926年，是人類對微觀世界加以認識的理論基礎之一。量子力學和相對論之間的不相容性在1935年被愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證后，約翰·貝爾于1964年提出貝爾理論，，阿斯派克等人于1982年證明了超光速響應的存在。1989年第一次演示成功量子密鑰傳輸，1997年量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證由奧地利蔡林格小組在室內首次完成，2004年，該小組又將量子態隱形傳輸距離成功提高到600米。2007年開始我國架設了長達16 公里的自由空間量子信道，于2009年成功實現世界上量子隱形傳態的最遠距離。

二、量子通信技術的發展趨勢

量子通信技術的研究方向除了包括量子隱形傳態還包括量子安全直接通信等，突破了現有信息技術，引起了學術界和社會的高度重視。與傳統通信技術相比，量子通信除具有超強抗干擾能力外且不需對傳統信道進行借助；與此同時量子通信的密碼被破譯的可能性幾乎沒有，具有較強的保密性；另外，量子通信幾乎不存在線路時延，傳輸速度很快。量子通信發展僅僅經歷了20年左右，但其發展卻十分迅猛，目前已經被很多國家和軍方給予高度關注。

量子通信在國防和軍事上具有廣闊的應用前景，作為量子技術的最大特征，量子技術的安全性是傳統加密通信所無可企及的。量子通信技術的超強保密性，能夠有效保證己方軍事密件和軍事行動不被敵方破譯及偵析，在國防和軍事領域顯示出無與倫比的魅力。另一方面，在破解復雜的加密算法上，也許現有計算機可能需要好幾萬年的時間，在現實中是完全無法接受且幾乎沒有實用價值的。但量子計算機卻能在幾分鐘內將加密算法破解，如果未來這種技術被投入實用，傳統的數學密碼體制將處于危險之中，而量子通信技術則能能夠抵御這種破解和威脅。此外，在民間通信領域量子通信技術的應用前景也同樣廣闊。中國科技大學在2009年對界上首個5 節點的全通型量子通信網絡進行組建后，使得實時語音量子保密通信被首次實現，城市范圍的安全量子通信網絡在這種“城域量子通信網絡”基礎上成為了現實。

各國正是瞅準了量子通信技術的無限應用前景，紛紛加大對量子通信技術方面的投入力度。在未來的量子通信技術還應注意一些關鍵性的問題，如單光子源成本的降低、通信傳輸距離的加大以及檢測概率的增強等，都仍需要進一步的研究。

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