量子通信技術發展及面臨問題研究

文杰斌

摘要：近些年，量子通信技術研究獲得了長足發展，在信息通信安全方面發揮著重要作用。本文研究分析了量子通信技術的發展現狀及面臨的困難及局限，以供參考。

關鍵詞：量子通信技術；信息通信；發展

中圖分類號：TN918 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0020-02

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。量子通信技術是基于量子力學理論與現代通信科學相結合的綜合產物，量子通信具體指的是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種先進通信方式，是近二十年逐漸發展起來的新型交叉學科。與傳統通信方式相比，信息效率高、信噪比低、非局域性、安全性是其主要特優勢，是當今通信技術領域的研究方向和熱點之一。對于量子通信的研究，許多國家都加大人力、物力投入，并在理論研究和技術方面均取得重大突破。

1 量子通信技術

1.1 量子通信技術的基本概念

量子通信技術的基本應用原理從概念出發就是通過量子介質信息傳的遞功能實現信息通信的技術；從技術層面來看，通過利用量子的糾纏效應實現信息傳遞、數據傳輸的一種通信技術；從物理的角度來看，量子通信技術利用量子在物理極限狀態下來實現信息傳輸渠道的建立，為信息安全性提供有效保障，改善了以往通信技術無法攻克的技術難題，是當下最為先進的通信方式；從信息學的角度來看，量子通信技術具有量子的不可復制性與傳輸隱形等特征特征，實現信息數據從發送端到接收端的穩定傳輸，同時，量子在傳輸過程中攜帶信息量大，是未來通信技術領域發展的重要方向[1]。

1.2 發展歷程

十九世紀末Max Karl Ernst Ludwig Planck首次發現量子，二十世紀中期Albert.Einstein與NilesBohr對量子理論展開了長達20年的爭論，不斷完善量子力學體系，為量子通信理論奠定基礎。直到 1979 年 IBM 公司最先提出將量子技術在通信科學領域應用，量子通信技術實現了從概念研究到實驗研究的跨越階段，發展速度十分迅速；1993年科學界正式提出量子通信技術，確定了量子技術應用與通信領域的實際方案。四年后，在奧地利的實驗室內，正式實現了量子通信技術在實驗室的驗證，逐步走向了實際的發展高速期，從2007至2012年，量子通信技術分別完成了600m距離的信息傳遞和144km 通信距離的巨大跨越，標志著量子通信技術從實驗研究階段初步走向實際應用階段。

1.3 量子通信技術優勢及特點

（1）量子通信技術的傳輸延遲實踐極短，甚至可以忽略不及，且傳輸速度遠快于傳統通信方式，相比較于傳統通信，量子通信的傳輸效率高出幾十倍，傳輸速度快、延遲時間短決定了量子技術應用于通信領域最為關鍵的技術優勢。（2）量子通信技術的數據傳輸過程中不需要傳統信道，不受通信雙方傳輸媒介影響，無需擔心信息失真和丟失問題，對傳輸環境的要求比以往的通信方式低很多，量子通信具有完好抗噪性和抗干擾能力。（3）從技術角度來看，量子通信具有不可克隆的特性，在量子通信技術傳遞過程中，量子信息一旦被接收或被檢測就會發生不可還原的改變，因此，信息傳輸過程中，如果量子信息被監測或被中途竊取，通信雙方很容易就能發現，確保了信息傳輸過程的安全性，這就促使量子通信在軍事領域的廣泛應用。（4）傳統通信方式在使用過程中容易受電磁輻射影響，信息易被第三方監測，而量子通信沒有電磁輻射，隱蔽性強，第三方無法進行探測。（5）量子通信應用廣泛。量子通信不受傳播介質的影響，理論上不會被任何障礙阻隔。量子通信還能穿越大氣層，可實現外太空通信，又可進行海底通信，還可在光纖等介質中通信，信息傳遞的質量比較高[2]。

2 量子通信技術發展現狀

量子通信出現的意義可以說是一場通信技術革命，在未來的通信領域有著光明的發展前景。量子通信相比傳統通信方式具有傳輸效率高、量子信息容量大、組網性強、保密性好等優勢，因此，可通過量子通信技術搭建傳輸高速、信息安全的通信網絡體系，最終實現量子互聯網系統。另一方面，量子通信在信息傳輸過程中的高保密性，使其在國防、軍事領域應用前景極為廣泛，用途無與倫比，在信息對抗、信息檢測等方面的作用十分關鍵。除此之外，包括我國在內的許多國家都對量子通信應用提高了重視，并開始研究量子空間通信，將促進人類太空信息通信技術和宇宙探索。

3 量子通信技術發展現狀量子通信技術發展面臨的問題

3.1 技術手段不成熟

量子通信技術相比于傳統的通信方式有其獨特的性能優勢，但是由于現階段的技術手段不夠成熟，量子通信領域還有巨大的研究空間。理想條件下的量子通信在現代技術條件下還不能很好的實現，具體來說，在形成單光子源。控制量子態勢及量子測量等技術手段不夠成熟，目前還不能保證量子信息不被監測竊取。為保障系統的絕對安全性，需要在單光子態的制備、傳輸及儲存等技術上實現進一步突破及發展。同時，量子糾纏態勢的產生技術還存在許多不足，因此，量子通信的配套技術方面還需不斷完善，這些技術難題無不阻礙著量子通信的實際應用，只有突破這些瓶頸，量子通信才能夠實現高效率的信息通信[3]。

3.2 安全性不高

目前，量子通信在實際應用過程中還不能保證絕對的安全性。理論上量子通信技術的具有絕對的保密性，但實際通訊過程中密碼不能做到完全保密，導致這一問題的原因是量子通信技術在現階段的實際運行過程中，系統使用的是物理元器件并不是理想狀態下的，不能在理論上滿足絕對的安全性，與理論分析中建立的數學、物理模型存在一定的差距。因此，實際通信過程中系統安全漏洞依然存在。當下的研究中，量子密鑰分配到各自系統時會受到光源、信道、探測端的影響，導致量子通信體系不如理論上穩定，安全問題仍未完全解決，技術驗證與標準規范研發滯后。

3.3 標準化難度大

對于任何高新技術的發展，標準化是商用和市場化普及的前提條件，需要統一計量和協調。量子通信作為量子理論和通信科學的交叉學科，涉及到的技術領域眾多，給標準化工作增添巨大難度。當前，量子通信領域的國際化標準化滯后，表現在對標準化重視程度不足，研發機構和企業合作不夠密切，溝通、協作機制缺位。

4 結語

隨著世界各國對通信技術安全性和高效性的要求越來越高，使得量子通信技術的研究和應用發展態勢迅猛，更加重視量子通信技術使用過程中存在的問題。具有保密性強和傳輸高效等特點的量子通信，在未來網絡通信系統的通信技術發展中地位重要。單光子、量子探測、量子存儲等相關技術實現突破的條件下，量子通信正逐漸邁向實用階段。總的來說，量子通信將在一些重要領域的通信保密中發揮著無可比擬的作用，成為二十一世紀通信領域發展的方向。

參考文獻

[1]賴俊森，吳冰冰，趙文玉，等.量子通信應用現狀及發展分析[J].電信科學，2016，（03）：123-129.

[2]張明.自由空間量子密鑰分發中偏振檢測與基矢校正的研究[D].中國科學院研究生院（上海技術物理研究所），2014.

[3]王毅凡，周密，宋志慧.水下無線通信技術發展研究[J].通信技術，2014，（06）：589-594.endprint