量子通信技术发展及面临问题研究

文杰斌

摘要：近些年，量子通信技术研究获得了长足发展，在信息通信安全方面发挥着重要作用。本文研究分析了量子通信技术的发展现状及面临的困难及局限，以供参考。

关键词：量子通信技术；信息通信；发展

中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0020-02

进入二十一世纪后，在世界电子信息高速发展的大环境下以量子效应为基础的量子通信技术也随之进一步发展。量子通信技术是基于量子力学理论与现代通信科学相结合的综合产物，量子通信具体指的是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种先进通信方式，是近二十年逐渐发展起来的新型交叉学科。与传统通信方式相比，信息效率高、信噪比低、非局域性、安全性是其主要特优势，是当今通信技术领域的研究方向和热点之一。对于量子通信的研究，许多国家都加大人力、物力投入，并在理论研究和技术方面均取得重大突破。

1 量子通信技术

1.1 量子通信技术的基本概念

量子通信技术的基本应用原理从概念出发就是通过量子介质信息传的递功能实现信息通信的技术；从技术层面来看，通过利用量子的纠缠效应实现信息传递、数据传输的一种通信技术；从物理的角度来看，量子通信技术利用量子在物理极限状态下来实现信息传输渠道的建立，为信息安全性提供有效保障，改善了以往通信技术无法攻克的技术难题，是当下最为先进的通信方式；从信息学的角度来看，量子通信技术具有量子的不可复制性与传输隐形等特征特征，实现信息数据从发送端到接收端的稳定传输，同时，量子在传输过程中携带信息量大，是未来通信技术领域发展的重要方向[1]。

1.2 发展历程

十九世纪末Max Karl Ernst Ludwig Planck首次发现量子，二十世纪中期Albert.Einstein与NilesBohr对量子理论展开了长达20年的争论，不断完善量子力学体系，为量子通信理论奠定基础。直到 1979 年 IBM 公司最先提出将量子技术在通信科学领域应用，量子通信技术实现了从概念研究到实验研究的跨越阶段，发展速度十分迅速；1993年科学界正式提出量子通信技术，确定了量子技术应用与通信领域的实际方案。四年后，在奥地利的实验室内，正式实现了量子通信技术在实验室的验证，逐步走向了实际的发展高速期，从2007至2012年，量子通信技术分别完成了600m距离的信息传递和144km 通信距离的巨大跨越，标志着量子通信技术从实验研究阶段初步走向实际应用阶段。

1.3 量子通信技术优势及特点

（1）量子通信技术的传输延迟实践极短，甚至可以忽略不及，且传输速度远快于传统通信方式，相比较于传统通信，量子通信的传输效率高出几十倍，传输速度快、延迟时间短决定了量子技术应用于通信领域最为关键的技术优势。（2）量子通信技术的数据传输过程中不需要传统信道，不受通信双方传输媒介影响，无需担心信息失真和丟失问题，对传输环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扰能力。（3）从技术角度来看，量子通信具有不可克隆的特性，在量子通信技术传递过程中，量子信息一旦被接收或被检测就会发生不可还原的改变，因此，信息传输过程中，如果量子信息被监测或被中途窃取，通信双方很容易就能发现，确保了信息传输过程的安全性，这就促使量子通信在军事领域的广泛应用。（4）传统通信方式在使用过程中容易受电磁辐射影响，信息易被第三方监测，而量子通信没有电磁辐射，隐蔽性强，第三方无法进行探测。（5）量子通信应用广泛。量子通信不受传播介质的影响，理论上不会被任何障碍阻隔。量子通信还能穿越大气层，可实现外太空通信，又可进行海底通信，还可在光纤等介质中通信，信息传递的质量比较高[2]。

2 量子通信技术发展现状

量子通信出现的意义可以说是一场通信技术革命，在未来的通信领域有着光明的发展前景。量子通信相比传统通信方式具有传输效率高、量子信息容量大、组网性强、保密性好等优势，因此，可通过量子通信技术搭建传输高速、信息安全的通信网络体系，最终实现量子互联网系统。另一方面，量子通信在信息传输过程中的高保密性，使其在国防、军事领域应用前景极为广泛，用途无与伦比，在信息对抗、信息检测等方面的作用十分关键。除此之外，包括我国在内的许多国家都对量子通信应用提高了重视，并开始研究量子空间通信，将促进人类太空信息通信技术和宇宙探索。

3 量子通信技术发展现状量子通信技术发展面临的问题

3.1 技术手段不成熟

量子通信技术相比于传统的通信方式有其独特的性能优势，但是由于现阶段的技术手段不够成熟，量子通信领域还有巨大的研究空间。理想条件下的量子通信在现代技术条件下还不能很好的实现，具体来说，在形成单光子源。控制量子态势及量子测量等技术手段不够成熟，目前还不能保证量子信息不被监测窃取。为保障系统的绝对安全性，需要在单光子态的制备、传输及储存等技术上实现进一步突破及发展。同时，量子纠缠态势的产生技术还存在许多不足，因此，量子通信的配套技术方面还需不断完善，这些技术难题无不阻碍着量子通信的实际应用，只有突破这些瓶颈，量子通信才能够实现高效率的信息通信[3]。

3.2 安全性不高

目前，量子通信在实际应用过程中还不能保证绝对的安全性。理论上量子通信技术的具有绝对的保密性，但实际通讯过程中密码不能做到完全保密，导致这一问题的原因是量子通信技术在现阶段的实际运行过程中，系统使用的是物理元器件并不是理想状态下的，不能在理论上满足绝对的安全性，与理论分析中建立的数学、物理模型存在一定的差距。因此，实际通信过程中系统安全漏洞依然存在。当下的研究中，量子密钥分配到各自系统时会受到光源、信道、探测端的影响，导致量子通信体系不如理论上稳定，安全问题仍未完全解决，技术验证与标准规范研发滞后。

3.3 标准化难度大

对于任何高新技术的发展，标准化是商用和市场化普及的前提条件，需要统一计量和协调。量子通信作为量子理论和通信科学的交叉学科，涉及到的技术领域众多，给标准化工作增添巨大难度。当前，量子通信领域的国际化标准化滞后，表现在对标准化重视程度不足，研发机构和企业合作不够密切，沟通、协作机制缺位。

4 结语

随着世界各国对通信技术安全性和高效性的要求越来越高，使得量子通信技术的研究和应用发展态势迅猛，更加重视量子通信技术使用过程中存在的问题。具有保密性强和传输高效等特点的量子通信，在未来网络通信系统的通信技术发展中地位重要。单光子、量子探测、量子存储等相关技术实现突破的条件下，量子通信正逐渐迈向实用阶段。总的来说，量子通信将在一些重要领域的通信保密中发挥着无可比拟的作用，成为二十一世纪通信领域发展的方向。

参考文献

[1]赖俊森，吴冰冰，赵文玉，等.量子通信应用现状及发展分析[J].电信科学，2016，（03）：123-129.

[2]张明.自由空间量子密钥分发中偏振检测与基矢校正的研究[D].中国科学院研究生院（上海技术物理研究所），2014.

[3]王毅凡，周密，宋志慧.水下无线通信技术发展研究[J].通信技术，2014，（06）：589-594.endprint