量子通信发展综述

雷济宇 重庆市育才中学校

1 量子通信原理

量子通信是量子信息学的一个重要分支，是量子信息中研究较早的领域。量子通信是以量子态作为信息单元来实现信息的有效传送的。在量子通信中，除了需要传统的经典信道外，更为主要的还需建立通信各方之间的量子信道。所谓量子信道实际上就是通信各方之间的量子纠缠。量子纠缠是量子力学不同于经典物理的存在于多子系量子系统中的一种最奇妙、最不可思议的现象，即对一个子系统的测量结果无法独立于其他子系的测量参数。

首先，由于量子是最小的能量单位，窃听者无法将量子切割成两部分，让其中一部分继续传送，而对另一部分进行状态测量获取密钥信息；第二是通信绝对保密，由于任何试图窃听、观察都会引起光子量子态坍塌，因此不可能被窃听，任何的窃听、复制、测量行为，都会改变量子状态，窃听者也不能截取量子之后，去测量它的状态，因为这样窃听行为会暴露；第三，就是量子物理学中的“不确定性原理”，不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度，因此，未知的量子态无法被精确复制用来窃听。由于量子具有“不可分割”“不确定性”“不可克隆”等特性。目前来看，量子保密通信，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，是最有保障的通信方式。量子通信仍是目前为止唯一被严格证明可提供无条件安全的保密通信手段。

2 量子通信的意义

量子通信最大的优势就是保密，并且超光速通信。这种通信方式确立之后，在军事上的用途非常广泛，例如以光纤为基础的国家联合作战通信基础网一旦被窃听或者木马入侵，即可造成严重的失泄密、破坏性后果，甚至造成整个作战体系瘫痪。而一旦量子通信得到运用，在没有正确身份权限的情况下，即使美国人（或者外星人）也不可能入侵得了中国的军事网络。

3 量子通信的发展

3.1 量子通信的发展历程

1984年美国IBM公司科学家提出了首个量子密钥分发协议——BB84协议，使量子通信的研究从理论走向了现实。2005年美国学者提出了多强度诱骗态调制方案，解决了量子密钥分发系统中的弱相干光源多光子的安全漏洞，为量子通信的实用化打开大门。

随着量子密钥分发技术的发展和逐步成熟，世界各国试点应用呈现快速发展趋势。2003年哈佛大学建立了世界首个量子密钥分发保密通信网络。此后，欧、美、日等多个地区和国家相继建成了多个量子通信实验网络。国内量子通信的试点应用起步稍晚但发展迅速。2007年中国科学技术大学在北京实现了国内首个光纤量子电话。2014年，量子通信“京沪干线”项目通过评审并开始建设。中国科学院牵头的战略先导专项“量子科学实验卫星”计划，由中国科学技术大学、中国科学院研究所和中国航天科技集团第八研究院合作，发射了全球首颗量子通信卫星。2017年，世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通。

3.2 量子通信的产业化推广

量子通信的战略意义吸引了各国科研机构的关注，国外成立了多个专门从事量子通信技术成果转化和商业推广的实体公司。国家也对量子通信领域持续的专项投入和政策扶持为其发展提供了强劲动力。2015年，中国科学院、中国科学技术大学和科大国盾量子等机构在北京共同发起组建了“中国量子通信产业联盟”。

业内人士介绍，量子保密通信技术的实际应用分三步走，一是通过光纤实现城域量子通信网络;二是通过量子中继器实现城际量子通信网络;三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。

2017年3 月，阿里云宣布网商银行一组信贷数据采用量子技术在专有云上完成了量子加密通讯试点，这是业界第一个云上量子加密通讯案例。未来阿里云计划逐步将政务、金融、电子商务等各种类型的云态迁移到量子安全域。

虽然基于量子密钥分发的量子通信产业化目前已经取得了一定进展，但是大规模的应用推广仍然面临一系列的困难和挑战，主要包括：初期市场规模和用户群体有限；产业化供应链的建立尚需时日；技术验证与标准规范研发滞后；系统应用需要基础设施资源的支持。

4 结论

量子通信作为未来信息通信行业的一个新兴战略性制高点，已经成为国家科技实力竞争的主战场之一，同时也是我国在高新技术研究与应用领域为数不多的与国际发展保持同步并且有望实现跨越引领的突破口。但仍需清醒地认识到，量子通信的应用发展仍然面临从技术产业到测评标准等多方面的瓶颈和局限。今后，在技术、产业和标准等方面取得进展和突破的前提下，量子通信在国家信息安全领域和产业中将发挥重要作用，具有广阔的应用前景。

[1]苏晓琴，郭光灿.量子通信与量子计算[J].量子电子学报，2004，(06):706-718.