量子通信及其在电力通信中的应用

卞思远

（内蒙古电力（集团）有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

0 引 言

中国经历了70年的发展，经济实力与综合国力均有了质的飞跃，成为世界第二大经济体。人们经历了从饥寒交迫到温饱再到小康，人们生活质量得到大幅度提升的同时，信息科技也得到了很大的提升。就以量子通信而言，量子通信是一门全新的交叉性学科，本质上是采用量子纠缠效应传输信息的通信方法。本文对量子通信和其在电力通信中的有效运用进行了分析与探讨[1]。

1 量子通信简介

量子通信拥有无条件安全特性，这就让其在现代技术下可以达到绝对安全传输信息的目的。量子通信因而能够经过一次一密确保信息处于安全状态，同时经过量子状态侦查安全攻击，此乃量子通信于网络通信、金融和基础设备等方面都具有广泛应用前景的根本之所在。量子通信思想的出现产生于1980 到1990年，光通信技术和现代物理学探索成果在这之中运用甚广。根据信道加以分类，能够把量子通信划分为隐形通信和密码通信两种。隐形通信就是通过把粒子未知量子态传输至另一个地方，从而达到信息有效传输，无实物量子信道让传输两端一起改变，量子隐形通信不能破译[2]。密码通信关键使用量子状态当成信息加解密密钥，传输密钥能够即刻发现窃听情况。一次一密方法和量子通信无条件安全有紧密的联系，物理学原理在这之中发挥着重要作用，这是计算能力与数学水平持续提高不会对量子通信安全性带来影响的重要原因。

量子通信特征表现在如下两方面。第一，可进行无阻碍通信[3]。量子通信是在量子纠缠技术的基础上发展起来的一种通信技术，在这种纠缠状态下，即使彼此相距很远，两个粒子也可以相互纠缠，并且当一侧改变时，另一侧也会改变。因此，通过属性更改的方式可以有效降低信息传输障碍发生的概率，进而将实现信息无阻碍传输。第二，安全性。获取量子态必须是在改变或者损坏当前量子状态下进行，当信息在量子信道传输中倘若遇到截获与复制等会出现信息反馈，继而通知信源，其安全性是传统通信无法相媲美的。

2 量子通信现况及其发展趋势

在21 世纪社会发展过程中，量子通信中量子储存与探测以及单光子等重要技术得到了很大的突破与发展，多种量子理论体系越来越完善，量子通信技术已经慢慢进入了试点运用时期[4]。新时代背景下，德国与美国等国家均进行了较大的投资，以此探究量子通信技术。中国也不例外，并且获得了较好的成果，在一些领域已经达到了世界领先水平，如此必定会推动国内经济迅速发展。

在2012年，中国中科院院士带领的技术队伍，在合肥构建了国际上第一个规模化的节点数46 个的城城量子通信网络，并且也建立了量子通信安全系数高的通信保障系统。它们在北京投入永久运行，给中共十八大与2015年9月阅兵提供了非常关键的信息安全保障。2016年末，中国上海与北京构建长度总计为2000 多公里的量子保密通信骨干线路，也就是京沪干线，这一干线连接北京与上海的可信度高、拓展性大、军民相融的广域光纤量子通信网络，进行长距离和大尺度量子通信验证与运用。京沪干线能够实现远程高清量子视频会议系统与别的多媒体横跨互联运用，还能够将金融与政务方面的远程与同城数据灾备系统加以实现，也可以实现金融机构数据收集系统合理运用。同时，中国还发射全世界第一颗量子科学实验通信卫星，这表明中国通信技术取得了很大的发展和进步，且还表示了中国在军用通信行业站在了世界最前端。未来持续发射的诸多量子通信卫星，能够构建全球最安全通信网络。就如潘建伟教授所阐述的，量子科学实验卫星发射，将预示着我国从经典信息技术的追随者，变成了将来信息技术的领跑者，量子通信会快速进入现代人生活，改变世界。

量子通信和以往的通信比较，有着一定的保密性与安全性，同时还有很高的时效性，不存在所谓的电磁辐射问题，这些优势决定了其美好的应用前景。经过光纤能够达到城城量子通信网络，采用中继器连接可以达到城际量子网络的目的，经过卫星中转站可以实现长距离量子通信，形成广域量子通信网络[5]。在将来发展过程中，量子通信可以将大规模应用实现，而传统通信硬件设备不会被全部更换，而是基于基础设施加以融合，仅在通信发送端与接收端设置单光子探测仪器与量子网关等设备，就可以将通信安全性提高。

3 量子通信在电力通信中的有效运用探索

3.1 提高网络通信安全层级

科学和信息技术的不断发展尽管为供电公司提供了特定的技术支持，使信息化模式在企业管理中开始运营，但是计算机病毒的长期潜伏存在严重威胁着企业的安全，尤其是信息安全。在过去的两年里发生了多起勒索病毒攻击企业的行为，损害了企业利益，并给企业带来很大的安全生产隐患。在这种条件下，怎么确保电力企业大量信息安全是非常关键的事情。量子通信可以提高网络通信安全层级，避免企业计算机备受攻击，进而保障电力行业系统的安全稳定运行。

3.2 异地备份数据加密传输

中国的电能资源存在分配不均的问题，这使得电力的建设和调度变得更加重要，对于不确定事件（尤其是重大灾害）的预防性建设是现代电力公司应注意的问题。现阶段，一些电网公司已经针对实施有效调度能源问题异地建立了数据容灾中心。在这些数据中心的结构和功能上，量子通信的使用极大地保证了数据传输的准确性和安全性，并确保了机密数据传输的顺利安全进行。在通信级别上，量子技术的安全性和机密性在一定程度上与以前的复杂算法的安全性不同，主要是由于其自然特性和优势所形成的独特属性，为电力通信技术的研究和实施以及对远程备份数据的安全保护提供了有力的支持。量子密钥分发链接可以实现密钥分发在主数据中心和备份数据中心之间交换且有效地进行，并为远程数据备份传输建立安全有效的通道。

3.3 建立加密量子交换网络平台

除去一般的网络信息传输路径，部分关键信息也要经过电话的形式进行传输，特别是部分生产指令的传输，这就让确保电力公司中电信技术的安全性已成为一项非常重要的任务。量子交换机可以控制传统的通信网络以及量子交换网络，因此，可以充分利用量子通信在防止信息遗漏等方面的优点为电力公司构建最安全的量子交换网络平台。在现代社会的发展阶段，中国对量子交换机的探索研究为加密量子交换网络平台提供了非常重要的技术支撑。例如，对量子通信系统的理论实践提出了由交换、控制和输出等许多模块组成的光开关量子交换器，在量子通信网络的信源、信宿之间建立光子链路，为双方通信提供量子通道，建立一个量子交换平台，用弱光源测试该平台，然后将可用节点接入量子通信网络。

4 结 论

量子通信是通信行业中的核心科学技术，在各个行业或领域信息传输中起着重要作用。现代电力企业持续深化改革下，企业需要强化对量子通信的探索与研究，根据企业本身通信需求着手建立相关技术平台，为提高企业通信水平与效果提供保障。中国有关量子通信的探究处在持续发展的时期，需要增加投资推动通信技术更好更快地发展。