量子通信及其在電力通信中的應用

葉秀鑫 郭小妹

1.海南電力設計研究院有限公司 海南海口 570000

2.海南潤禾建設工程質量檢測有限公司 海南海口 570000

目前我國比較關注信息通信安全，并加大了研究力度。量子通信屬于新型交叉學科，能夠在根本上保障安全的信息通信，現階段已在國際上成為量子物理以及信息科學中的一項研究熱點。量子通信以量子糾纏效應為基礎來信息通信，并實現信息保護，其主要特點是具有安全性和高效性等，與許多重要科學相融合，例如信息論和量子論等。量子通信應用在電力通信中能夠發揮重要作用，從而本文主要研究量子通信以及其如何應用在電力通信中。

1 量子通信概述

無條件安全是量子通信的一項重要特征，可保證在現代技術環境中能夠絕對安全的傳輸信息。量子通信以一次一密保證信息安全性，并利用量子狀態對安全攻擊進行偵查，從而使得量子通信廣泛應用在網絡通信、基礎設備以及金融等方面。在量子通信概念誕生后，其有效應用了現代物理學成果以及光通信技術。按照信道來分類，可以將量子通信劃分成兩種，一個是隱形通信，另一個是密碼通信[1]。其中隱形通信是向另一個地方傳輸粒子的未知量子態，以此實現有效傳輸信息，無實物的量子信道可對傳輸兩端做出改變，這將不能夠破譯量子隱形通信。另外的密碼通信是將量子狀態當做可以加解密信息的密鑰，密鑰在傳輸過程中能夠發現竊聽情況。量子通信之中無條件安全特點以及一次一密方法能夠產生緊密聯系，這之中物理學原理能夠發揮重要作用，由此加強計算能力和提升數學水平，不會對量子通信安全造成影響。量子通信的特征表現有以下兩方面。①實現無阻礙通信。量子通信依托于量子糾纏技術而發展，這一糾纏狀態下，即便兩個粒子距離遠，其也能夠相互糾纏，如果其中一側改變，那么另一側隨之改變。針對這一情況，以改變其屬性形式可將傳輸信息出現故障情況減少，從而使信息傳輸無障礙。②安全性。需在量子改變或者是損壞狀態下獲取量子態，如果在量子信道對信息進行傳輸時遇到截獲以及復制等情況，將會進行信息反饋，進而向信源傳送這一消息，具有傳統通信無法替代的安全性。

2 電子通信之中量子通信的具體應用

2.1 應用量子密鑰分配技術

電力通信之中運用量子通信時，運用其中的密鑰分配技術可保障電力通信，這一應用與電力通信領域的分區域工作結合，以此來分離內外網，其實際通信具有較高安全性，充分考慮性能、成本和可靠性等內容，可確保密鑰分配技術不會影響到目前的網絡拓撲[2]。具體應用密鑰分配技術時，可以實現指揮體系中的信息傳輸和音視頻通的安全性保障，電力保電系統最高級別安全措施也能與密鑰分配技術配合使用，則可以實現電力通信中落地使用量子通信。電力通信中密鑰分配技術運用系統拓撲如圖1 所示，觀察圖后能夠掌握量子通信在通信保障中應用的具體思路，該應用相關的主要功能和典型應用場景體現為以下幾點：①典型的應用場景。典型應用密鑰分配技術場景指的是保電系統以及音頻、視頻通話等，保電系統負責的是保電期間在現場的指揮管控以及輔助決策，其中應用密鑰分配技術，可以加密現場指揮中心的訪問通道，從而能夠提升指揮中心以及機房服務器間通道傳輸安全性；音頻視頻通話主要是與傳輸指揮中心的視頻通話信息，運用密鑰分配技術可使通話傳輸過程加密。②具體指標以及功能。應用密鑰分配技術的主要構成有量子密鑰生成、終端管理以及專用量子虛擬網絡（VPN），量子密鑰生成負責的主要是分發量子密鑰過程，其主要相關指標有誘騙態BB84 協議、裸光纖、偏振編碼。目前有一部分電力企業開始探索運用密鑰分配這一技術，從而明確電力通信中應用密鑰分配技術能夠實現通過機器來自動分發密鑰過程、根據隨機數列進行密鑰共享、在物理定理兩點間基礎上共享密鑰以及自動感知量子信道攻擊，從而有效防止攻擊者獲取密鑰共享內容，可以提升電力通信的安全保障程度。

2.2 應用智能變電站的量子通信糾錯編解碼技術

目前許多地區開始在智能變電站上探索運用量子通信，研究人員在應用探索過程中發現，智能變電站處在復雜多變的電磁環境中，會在一些時候對量子通信的開展產生影響，從而出現量子比特差錯等問題，解決該問題需要使用糾錯編解碼技術。電磁環境會破壞量子通信的量子相干性，其中一項有效、與量子通信技術結合的解決問題措施是冗余編碼。

2.3 應用量子遺傳算法

通信結合遺傳算法后可產生量子遺傳算法，其特征主要體現為較小的種群規模、較強的開發和探索能力、算法性能優秀、收斂迅速等，這從而廣泛地應用在電力通信中。電力通信中對量子遺傳算法加以運用，可選用該算法的典型應用，即為電力通信網路由，根據電力通信業務實際需求，能夠通過求解多約束以及多目標優化問題，基于此使用量子遺傳算法，電力通信領域能夠有效滲入量子通信理念與技術[3]。對量子遺傳算法進行實際應用時，技術人員應該對傳統技術的通信指標影響量子通信技術應用情況進行充分考慮，重視電力業務實際有效構建目標函數，從而應用量子遺傳算法可迅速獲得滿足通信業務特征的最佳路徑，從而短期內獲得最優解。

3 結語

目前通信行業中量子通信屬于核心科學技術，在傳輸信息中能夠發揮重要作用。企業應深入探索和研究量子通信，結合自身要求構建相應技術平臺，以保障企業通信效果及水平的提升。