量子通信技術發(fā)展問題研究
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摘要：隨著我國科學技術水平不斷提高，我國通信技術當前已經(jīng)進入全新發(fā)展階段。通信技術在現(xiàn)代信息技術中占據(jù)重要位置，改變了人們傳統(tǒng)的信息交流和交換方式，在信息技術快速發(fā)展的背景下，量子通信技術研究逐漸取得突破，成為通信技術發(fā)展中的重要方向，但是因為技術發(fā)展不夠成熟，還存在著一些問題需要解決，才能夠提高通信質(zhì)量。因此，本文將對量子通信技術發(fā)展中存在的問題進行深入的研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進我國通信技術水平提升。
關鍵詞：量子技術；量子通信技術；存在問題；技術優(yōu)勢；發(fā)展前景
量子通信技術相比于傳統(tǒng)的通信技術而言，其信息傳輸速率更快，保密性更強，是當前世界各國在通信技術研究領域的重要內(nèi)容。量子通信技術基于量子力學原理，將微觀世界的物質(zhì)特征應用在通信領域中，在保持較高信息傳輸速率的同時，在通信加密方面具有較大優(yōu)勢，逐漸成為當前通信技術領域研究的熱門話題。量子通信技術研究對于提高通信質(zhì)量有著重要的意義，且當前量子通信技術研究正處于關鍵階段，所以必須準確掌握量子通信技術中存在的問題，對問題進行優(yōu)化創(chuàng)新，才能夠全面提高我國量子通信技術水平。
1量子通信技術內(nèi)涵分析
1.1量子通信技術基本概念
量子通信是采用量子相干疊加、量子糾纏效應完成信息傳輸?shù)囊环N通信技術，主要包括量子理論和信息理論。從物理學層面出發(fā)，量子通信技術是物理極限下采用量子效應實現(xiàn)高性能通信的一種技術，具有物理原理的信息絕對安全性，能夠有效解決傳統(tǒng)通信技術中無法解決的多項問題[1]。從信息學層面出發(fā)，量子通信技術采用量子的不可復制特性和隱性傳輸特性，通過量子測量方式完成信息傳輸。量子通信技術中傳輸信息不是經(jīng)典信息，而是量子所攜帶的量子信息，與傳統(tǒng)通信技術相比具有多項優(yōu)勢，標志著未來通信技術全新發(fā)展方向。
1.2量子通信技術發(fā)展
量子通信技術研究開始于1980年之前，1970年美國哥倫比亞大學著名學者Wiesner提出利用量子力學理論提高信息傳輸安全性的設想；在1979年，美國IBM企業(yè)多位學者聯(lián)合提出將量子力學理論應用在通信技術領域的設想；1981年Feynman提出采用傳輸量子信息的設想，標志量子信息理論研究開始。隨后，世界多位著名學者和專家開展關于量子通信技術的研究，相繼提出量子糾纏、密鑰分發(fā)等概念，是量子通信理論正式誕生的標志。在1990年前后，通過自由空間信道完成第一次演示性量子通信試驗，量子通信信息傳輸距離為32m。1993年，Bennett正式提出量子通信概念，同年多位科學家采用經(jīng)典信號通道與量子糾纏的方法，設計量子隱性信息傳輸方案；2012年，中國科學家實現(xiàn)百公里級量子隱性傳輸，為星地間量子通信技術研究打下基礎。
1.3量子通信技術體系架構
量子通信技術體系架構主要包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道以及量子測量等設備，量子通信技術的信息傳輸基本流程為：量子信源→量子編碼→量子調(diào)制→本地測量/量子傳輸信道（量子噪聲）→輔助信道→本地測量→量子解調(diào)→量子解碼→量子信宿。在量子通信技術的基本架構以及通信系統(tǒng)中，量子信源為量子信息產(chǎn)生器，表現(xiàn)形式為量子態(tài)；量子信宿的主要功能是接收量子信息；量子編碼的主要功能是將量子信息轉(zhuǎn)換為量子比特；量子解碼的主要功能是將量子信息比特轉(zhuǎn)化為信息。量子信道分為輔助信道與子傳輸信道兩個不同部分，傳輸信道主要采用量子信息傳遞，輔助信道是除了量子傳輸信道與測量信道之外的附加信道，比如經(jīng)典信道；量子噪聲是指外界環(huán)節(jié)對于量子信號所產(chǎn)生的影響。當前，在量子通信技術系統(tǒng)應用過程中，主要采用量子信道結合輔助經(jīng)典信道的新式，能夠?qū)崿F(xiàn)非理想的量子密鑰分發(fā)或者是量子密碼通信，在經(jīng)典信道的作用幫助下，通信雙方能夠通過量子信道完成量子信息交換，同時能夠獲取量子密鑰，既能夠保證量子信息傳輸速率，同時能夠保證量子信息傳輸安全性[2]。
1.4量子通信技術的優(yōu)勢分析
量子通信技術與傳統(tǒng)的通信技術相比較而言，具有以下幾項優(yōu)勢：（1）信息傳輸效率高。量子通信技術的線路時延性在理論狀態(tài)下可以無限接近于零。量子信道的信息傳輸效率相比于經(jīng)典信道能夠超出幾十倍以上，同時量子通信技術在信息傳遞過程中不會受到其他障礙影響，綜合信息傳輸速率較快。（2）抗干擾能力較強。量子通信在信息傳輸?shù)倪^程中不會經(jīng)過傳統(tǒng)信道，且信息傳輸與信息雙方的傳播介質(zhì)無關，不會受到空間環(huán)境的影響，綜合抗干擾能力較強。（3）安全性較好。因為量子具有不可復制性，所以量子信息產(chǎn)生后就不會發(fā)生改變，在量子信息傳輸過程中，如果被他人竊取，信息接收方則會直接發(fā)現(xiàn)。（4）隱蔽性較好。量子通信技術不會產(chǎn)生電磁輻射，所以除信息接收方之外其他方面無法對信息進行監(jiān)測，具有良好的隱蔽性。（5）噪聲較低。在相同的信息傳輸條件下，量子通信技術所產(chǎn)生的噪聲比傳統(tǒng)信息傳輸?shù)?5dB左右，所以噪聲量較低。
2量子通信技術發(fā)展中存在的主要問題分析
根據(jù)當前世界各國對量子通信技術的研究情況來看，雖然量子通信技術研究逐漸取得突破，但是依然存在著一些不可忽視的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
2.1單光子分離攻擊問題
光的最小單位為光子，但光子具有不可分離特性，當前所采用的傳統(tǒng)通信技術中應用弱相干光源技術，包含多種光子。量子通信技術系統(tǒng)的主要功能為量子密碼通道、量子遠程傳輸以及量子密碼編輯等。對于單光子源技術，是不可以分離的，雖然通道消耗較大，但是能夠保證信息傳輸安全性，但是對于弱相干光源而言，具有一定的安全隱患，如果保護不當可能會出現(xiàn)信息泄露的問題，主要是因為可以通過光子分離攻擊虛假的量子通信信道，從而獲取量子信息和密鑰，在該過程中信息則會被第三方獲取，是當前量子通信技術領域尚未完全解決的問題。該問題與上文所述并不沖突，因為量子通信技術在理想狀態(tài)下，信息傳遞過程中被第三方獲取就會被信息接收方感知，但是受到當前技術水平的限制，采用單光子分離攻擊能夠獲取一定的信息，所以需要針對該安全問題進行創(chuàng)新和優(yōu)化，才能夠全面提升量子通信技術信息傳輸安全性[3]。
2.2木馬攻擊和側(cè)信道共計問題
在采用量子通信技術進行信息傳輸?shù)倪^程中，量子密碼編碼技術具有關鍵性作用，信號源和信號接收器會受到來自木馬病毒的攻擊，從而會產(chǎn)生信息泄露的問題。在信息傳輸過程中，采用側(cè)信道攻擊、光能部件高能破壞攻擊以及大脈沖攻擊等方式，會對量子信息產(chǎn)生很大影響，從而出現(xiàn)信息泄露或密鑰泄露的問題。
2.3光子源產(chǎn)生單光子效率較低的問題
根據(jù)量子通信技術的應用實踐證明，單光子源具有較強的量子力學性能，但是因為其自身不具有可分割的優(yōu)勢，所以不能保證單光子脈沖具有完善的安全性。雖然在量子通信技術中量子密碼通道消耗較大，但是并不會對原信息的傳輸造成影響。當前，由于技術水平的限制，單光子在制備過程中會產(chǎn)生多個信道，從而導致量子通信技術在實際應用過程中效率較低的問題出現(xiàn)，同時弱光脈沖技術在應用過程中還存在著許多問題，會降低量子密碼信道信息傳輸速率，也會引起量子密碼編碼錯誤率提升的問題，從而對量子通信技術的實際應用效果產(chǎn)生很大影響。
2.4探測效率較低的問題
按照當前量子通信技術的發(fā)展基本情況來看，量子測量主要包括正定測量、投影測量以及通用測量三種不同技術方法，在應用過程中，需要利用其他設備和被測量量子之間的相互協(xié)作完成信息測量基本流程。在量子探測測量過程中，會對信道中的量子傳輸狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，從而引起信道測量結果出現(xiàn)偏差。此外，量子在信道中會處于相對統(tǒng)一的狀態(tài)，在測量過程中會受到弱相干光源的影響，從而導致信道中量子種類出現(xiàn)較大差異，進而會導致量子信道出現(xiàn)塌縮問題，無法保證量子探測測量結果準確性，且綜合探測測量效率較低，對于量子通信技術的應用效果會產(chǎn)生很大影響。
2.5與其他信道結合的問題
在當前的量子通信技術研究中，因為量子密碼信道與全光網(wǎng)絡信道需要完成高度融合，但是在實際融合的過程中會導致量子信道損耗問題逐漸加劇，從而會導致量子通信技術信息傳輸速率降低，尤其是在遠距離信息傳輸過程中，影響更為嚴重，所以當前量子通信技術的信道與其他信道在結合方面還存在著很大問題，尚未得以完全解決，對于量子通信技術質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。
3量子通信技術發(fā)展前景分析
根據(jù)上文分析可以看出，量子通信技術是未來通信技術的主要研究方向，與傳統(tǒng)的通信技術相比具有許多優(yōu)勢，但是依然存在著一些沒有得到妥善解決的問題，所以為了促進量子通信技術水平的提高，使其能夠在通信領域發(fā)揮出更好的作用，必須針對當前量子通信技術發(fā)展過程中存在的問題，對其未來發(fā)展前景進行預測和規(guī)劃，才能夠全面提高我國量子通信技術水平。在量子通信領域掌握更多核心技術，是提高我國綜合國力的重要方式。從量子通信技術的發(fā)展規(guī)劃來看，未來量子通信技術可以作為信息存儲的重要載體，且能夠與互聯(lián)網(wǎng)概念相結合，在工業(yè)生產(chǎn)、機械制造、通信領域以及軍事領域等發(fā)揮出更好的作用，所以國家和相關部門必須加強對量子通信技術的資源投入，保證量子通信技術研究具有充足的資源保障，才能夠完成量子通信技術研究創(chuàng)新，突破當前量子通信技術水平的限制。將量子通信技術的優(yōu)勢在通信領域最大化發(fā)揮，不僅能夠提高信息傳輸質(zhì)量，更有利于保障信息安全，是信息時代發(fā)展過程中的核心技術，為此需要不斷加強量子通信技術研究。
4結束語
綜上所述，本文全面闡述量子通信技術的基本內(nèi)涵和發(fā)展現(xiàn)狀，并對其發(fā)展過程中存在的問題進行探究，最后對量子通信技術的發(fā)展前景進行分析，希望能夠?qū)ξ覈ㄐ偶夹g研究有所幫助。
參考文獻：
[1]王鵬飛.解讀量子通信技術發(fā)展現(xiàn)狀及應用前景[J].數(shù)字化用戶，2019，025（017）：24-24.
[2]陳妍，王曲.試談量子通信技術發(fā)展現(xiàn)狀及應用前景[J].電腦編程技巧與維護，2020（003）：169-171.
[3]高鵬，周華旭，于國際，等.量子通信技術與當前應用分析[J].電子設計工程，2020（16）：0930-0930.
作者:黃偉賢 張勇 劉嵩鶴 單位:解放軍95072部隊
