量子通信技術發展中存在的問題分析

劉冬

【摘要】 量子通信是指用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式，是量子理論和信息論相結合的新的研究領域，是近20年發展起來的新型交叉學科，目前這門學科已逐步從理論實驗走向實用化。英國《自然》雜志曾指出我國量子通信技術發展迅速是一支世界勁旅，我國在為量子通信技術研究碩果欣喜的同時也發現它在實用發展中存在諸多問題。本文從量子通信技術發展中存在的弱相干光源安全性問題、通信技術發展中存在的光子源產生單光子效率低問題兩方面進行了淺析。

【關鍵詞】 量子通信 發展 存在問題 現狀分析

20世紀80年代是量子通信技術研究的開啟性時代，其實從歷史角度看量子通信技術的研究要早于這個時間，早在20世紀70年代威斯納已經寫出了“共軛編碼”這篇著名文章。量子通信技術是在量子力學快速發展的前提下發展的新領域，它在信息傳遞方面存在很大優勢已成為目前研究的熱點。但是隨著通信技術的快速發展，也存住諸多問題。

一、量子通信技術發展中存在的弱相干光源安全性問題分析

根據量子通信技術研究表明量子通信是利用了光子等粒子的量子糾纏原理，量子糾纏是指在微觀世界里兩個粒子間的距離不論有多遠，一個粒子的變化會影響另一個粒子變化的一種現象。因此，量子通信技術離不開光源技術。由于單光子源技術難度太高，我國量子通信技術一般采用弱相干光源技術，但是這種光源在實用發展中存在諸多安全性問題。

1、量子通信技術發展中存在的單光子分離攻擊問題。光子是光最小的單位，單光子是不可再分的。但是我國通信技術使用的弱相干光源技術，它的脈沖中不止一種光子，在理論上這種脈沖中所包括的光子是可以再進行分割的。量子通信系統的基本部件由量子態發生器、量子通道和量子測量裝置三部分組成，主要涉及量子密碼通信、量子遠程傳態、量子密碼編碼等，按量子通信所傳輸的信息是經典還是量子分為兩大類，它的基本思想是將原物信息分成經典和量子兩種信息，分別經由經典通道和量子通道傳遞給接受者，在傳遞過程中量子通信的通道損耗非常大。對于單光子源技術來講，即使通道損耗再大也是安全的，因為單光子不可再分割。但對弱相干光源來講就會存在安全隱患，竊聽者可以通過光子分離攻擊假冒量子通信技術的通道而獲得全部密碼，并且不會被量子通信技術發現。

2、量子通信技術發展中存在的木馬攻擊和側信道攻擊問題分析。量子密碼編碼是量子通信技術使用中主要涉及部分之一，木馬攻擊就是利用量子密碼信號源和接收器等部件的設計漏洞進行攻擊，有效竊取量子通信技術里的量子保密系統的內部信息。這種竊取信息的方法主要有側信道攻擊、光能部件高能破壞攻擊和大脈沖攻擊等。[1]

二、量子通信技術發展中存在的通信效率低、通信距離受限制的問題分析

1、通信技術發展中存在的光子源產生單光子效率低問題分析。根據研究表明，單光子源具有非常強的量子力學性能，因其不可再分割的特性使每個單光子脈沖都是最安全的，即使量子通信技術的量子密碼通信的兩種通道損耗率特別大也能完整的完成原物信息傳遞任務。但因為單光子的制備存在諸多困難，目前我國量子通信技術很難利用單光子源技術，只能退而求其次利用弱光脈沖技術，而弱光子脈沖大多數的光子源發出的脈沖是沒有光子的空脈沖，這不但嚴重降低量子通信技術的量子密碼通信通道的傳輸效率還會增大量子密碼通信通道傳遞量子密碼編碼的誤碼率。[2]

2、量子通信技術發展中存在的探測效率低的問題分析。量子通信技術的量子測量一般采用正定測量、通用測量和投影測量三種測量方式進行信息測量，這三種測量信息的基本原理是通過外部設備和北測量子的相互作用達到測量通信信息的目的，在量子通信技術的測量過程中會改變通道里量子的傳輸狀態，由此造成通信信息測量誤差。另一方面在對統一狀態下的通道量子進行測量時，由于量子通信技術采用弱相干光源造成測量的通道量子種類不同，而種類不同又會導致測量量子的不同塌縮，最終造成測量結果出現偏差降低量子探測效率。[3]

3、量子密碼通信系統與全光網光纖信道不能完全相結合的問題分析。量子通信技術的量子密碼通信系統與全光網光纖信道不能完全相結合，會造成量子通信技術的量子通道損耗過高和量子通信通道效率降低，這些會導致遠距離通信受限制。當前我國使用的量子通信光纖尚未達到單模光纖的效果，導致光纖通信損耗率太大也會限制遠距離通信。[2]

結束語：隨著我國量子力學的發展，我國量子通信技術已經達到世界頂尖水平。本文從對量子通信技術發展中存在的弱相干光源安全性問題、通信技術發展中存在的光子源產生單光子效率低問題兩方面進行了淺析。雖然量子通信技術在發展中存在諸多問題，但是它相對還是具有傳輸信息容量大、傳遞信息效率高和安全性能高等特點，在軍事安全通信、高度保密的重要信息傳遞和生活通信等方面有很大應用前景。

參 考 文 獻

[1]馬錦城，王茹.量子密碼通信技術與應用前景研究[J].通信世界，2016（273）：298-299.

[2]鄭博熙，杜 英.淺談量子通信技術發展現狀及應用前景分析[J].電子世界，2016（8）：192-196.

[3] 林左鳴.沒有“幽靈”的量子通信——基于統一場論框架下的量子通信原理[J]. 前沿科學，2015（34）：25-38.