试析神奇的量子通信

李丰驰

摘 要：随着科技水平的不断发展和网络信息技术的不断提高，量子通信领域的发展在此背景上也取得了瞩目成就。作为一名高中生，在物理课堂上我们便已经可以体会到量子通信技术所运用的复杂的物理知识，即量子力学等。本文基于对量子通信技术的理论基础、特点优势和应用前景进行简要分析，进而加深对神奇的量子通信的进一步认识和了解。

关键词：高中生；量子通信；相关技术

中图分类号：G634.8 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0297-02

引 言

量子是量子通信的信息载体，是当前通信技术领域的最新技术之一，无论在保密性还是效率上都有着明显的优势。目前，在信息技术飞速发展的时代，信息技术的基础技术微电子技术已经差不多达到了当前物理领域发展的极限。现在，量子通信技术的理论体系已经相对完善，对量子通信技术建设已经慢慢从理论走向实验，并逐渐运用于社会，不断往实用性方面发展。

1 量子通信的理论基础

1.1 不确定性原理

量子通信技术中的量子研究是属于微观领域的研究。身为一名高中生，在学习高中物理的时候就对量子的概念已经有了一定的了解，知道了量子是一个很小的物理基本单位。而德国科学家海森伯通过多年对量子力学的研究，对此提出了一种不确定性原理，即量子的一些物理量在发生变化和运动时，一个量在确定后，另一个量就很难确定，很难实现两个量能同时确定数值。

1.2 不可克隆原理

通過物理学家的研究表明，得出了量子力学的另一基本原理，即量子不可克隆原理，表明了量子是不可以进行复制的。而且量子是非常小的一个物理单位，不管处于什么状态下的量子，只要你想对他进行复制或者测量，在外来行为的因素上它都会发生一定程度的变化，不可能是一层不变的。因此即使对量子进行测量想对其进行复制，在测量的过程中就已经发生测量数值的改变，不再是原先的量子了。

1.3 纠缠效应

这是量子力学领域的一个奇特现象。在学习高中物理的量子物理知识时，知道了量子间是存在着相互作用和联系的，这种作用和联系物理学把它称之为纠缠效应。即两个共同来源的微观粒子，不管是由于什么原因导致分开，只要其中一个粒子发生改变，另一个粒子便能快速感应对方的状态并做出一定的回应，这就是量子纠缠现象[1]。

2 量子通信的特点优势分析

2.1 具有无条件安全性

量子密码学是量子通信信息安全的技术理论基础，与传统加密方法不同的是，量子通信是以量子状态作为密钥对信息进行加密的，加上量子的不可克隆性和不可窃听更加提高了量子通信的信息安全保障。而且量子是不可复制的，在任何情况下，如果想截获或测量量子密钥，量子都会发生变化，导致其根本不可能窃取信息。另一方面，量子通信的加密技术不像传统办法那样需要通过复杂的算法技术进行加密，它是通过物理法则来保证量子通信的安全性的，是目前公认的在通信安全性方面最权威可靠的终极技术手段[2]。

2.2 具有较强的抗干扰能力和传输能力

通信量子技术在信息传输的过程中不需要依赖外来的媒体介质，因此量子信息传递无论在什么情况下都不需要考虑外界物质的障碍阻隔，可以实现零线路时延的可能。而且在此过程中通信的速度十分快速，也不会给社会环境带来任何的电磁辐射等污染问题，是一种相当环保的高科技技术[3]。另一方面，量子通信在量子隐形的状态下，能够穿透整个大气层，不论多远的距离都能够实现通信，这也对卫星事业的发展和信息全球化的发展奠定了技术基础。

2.3 传输效率极高

量子通信在传输的过程中运用的是量子力学的叠加原理。以光学为例，作为一名高中生在学习物理的一些基本常量时可以知道经典信道光子的信息效率极限是1.44bit/光子，但是量子信道光量子的信息效率是经典信道光子的70倍左右，由此可见它的信息传输效率是非常高的。

3 量子通信的应用前景

3.1 建立全新卫星通信网

因为单光子和硅光纤在传输过程中受到了距离和空间上的限制，导致通信事业无法实现全球性的通信。现在随着卫星通信技术和空间技术水平的不断提高，加上量子通信技术的不断发展，突破了传统通信的时间和空间限制，使量子通信距离不断延伸加大，从而真正实现全球量子通信的发展。

3.2 构建超光速信息网络

量子通信信息技术当前已经获得很高的成就，因此可以将此技术的优势特点建立成有特殊要求的超光速量子通信网络，同时还能改进当前通信网络容量和速率等方面的不足，为信息网络开拓一个新天地，不断促进超光速信息网络的发展。

3.3 用于深海通信

由于受技术的限制，长波通信是深海和岸基之间的主要通信方式，而且在建设这样的通信方式时，其系统庞大，需要投入很多资金，抗毁性还十分低下，通信的深度也只能在百米左右以内有效。量子通信则不同，不需要建设太繁杂庞大的系统，且量子通信的光量子隐形传态不需要传播介质来支撑，在通信深度上可以更深，这对深海通信的发展是一个大突破[4]。

3.4 用于隐蔽保密通信网

降低电磁辐射是通信得以隐身的重要关键，而量子通信有不可复制的特点，其密码的“不可破特性”和“窃听可知性”对信息传输的安全有着很重要的保障。因此对军事信息系统的应用和很多机关单位、企业等多方领域机构在进行绝密信息的传输时可提供信息安全保障，确保信息不被泄露。

3.5 生成和分发通信密钥

完全安全性是量子通信技术的最大特点，且量子态的粒子是密钥的载体，是无法在半路侦测的，这是传统加密通信所达不到的目标。因此可以通过天基平台部署量子通信密钥生成和分发系统，然后给网络用户分发量子密钥，从而全面构建安全可靠的通信网络。

4 结束语

身为高中生的我们，通过物理的学习可以进一步领略到量子通信的高深技术水平和神奇色彩，量子通信技术是一项新兴的高科技技术，虽然在理论研究上已经取得一定成就，但是在运用上还处于初级研究阶段。而且我国在该领域的技术水平和国外发达国家相比还存在很大的差距，因此国家应该积极主动的向发达国家学习，并不断的汲取技术经验，并列为国家科学技术发展的重要研究工作内容，此外还应投入更多的资金和精力去发展量子通信技术，从而促进我国量子通信技术的发展。

参考文献

[1]万 骏.浅谈量子通信理论及其应用[J].科技传播，2018，10（06）：100～101.

[2]赵丽君.量子通信技术发展及应用[J].电子技术与软件工程，2016（09）：54～55.

[3]赖俊森，吴冰冰，汤 瑞，赵文玉，张海懿.量子通信应用现状及发展分析[J].电信科学，2016，32（03）：123～129.

[4]王矿岩.量子通信技术发展现状及面临的问题研究[J].通讯世界，2017（01）：110～111.

收稿日期：2018-9-26