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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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
