通信技术论文范文篇二
浅析量子通信技术
【摘要】量子通信作为既新鲜又古老的话题，它具有严格的信息传输特性，目前已经取得突破性进展，被通信领域和官方机构广泛关注。本文结合量子，对量子通信技术以及发展进行了简单的探讨。
【关键词】量子;通信;技术;发展
对量子信息进行研究是将量子力学作为研究基础，根据量子并行、纠缠以及不可克隆特性，探索量子编码、计算、传输的可能性，以新途径、思路、概念打破原有的芯片极限。从本质来说：量子信息是在量子物理观念上引发的效应。它的优势完全来源于量子并行，量子纠缠中的相干叠加为量子通讯提供了依据，量子密码更多的取决于波包塌缩。理论上，量子通信能够实现通信过程，最初是通过光纤实现的，由于光纤会受到自身与地理条件限制，不能实现远距离通信，所以不利于全球化。到1993年，隐形传输方式被提出，通过创建脱离实物的量子通信，用量子态进行信息传输，这就是原则上不能破译的技术。但是，我们应该看到，受环境噪声影响，量子纠缠会随着传输距离的拉长效果变差。
一、量子通信技术
(一)量子通信定义
到目前为止，量子通信依然没有准确的定义。从物力角度来看，它可以被理解为物力权限下，通过量子效应进行性能较高的通信;从信息学来看，量子通信是在量子力学原理以及量子隐形传输中的特有属性，或者利用量子测量完成信息传输的过程。
从量子基本理论来看，量子态是质子、中子、原子等粒子的具体状态，可以代表粒子旋转、能量、磁场和物理特性，它包含量子测不准原理和量子纠缠，同时也是现代物理学的重点。量子纠缠是来源一致的一对微观粒子在量子力学中的纠缠关系，同时这也是通过量子进行密码传递的基础。Heisenberg测不准原理作为力学基本原理，是同一时刻用相同精度对量子动量以及位置的测量，但是只能精确测定其中的一样结果。
(二)量子通信原理
量子通信素来具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的过程就是量子力学原理的展现。从最典型的通信系统来说具体包含：量子态、量子测量容器与通道，拥有量子效应的有：原子、电子、光子等，它们都可以作为量子通信的信号。在这过程中，由于光信号拥有一定的传输性，所以常说的量子通信都是量子光通信。分发单光子作为实施量子通信空间的依据，利用空间技术能够实现空间量子的全球化通信，并且克服空间链路造成的距离局限。
利用纠缠量子中的隐形量子传输技术作为未来量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力学，由两个光子构成纠缠光子，不管它们在宇宙中距离多远，都不能分割状态。如果只是单独测量一个光子情况，可能会得到完全随机的测量结果;如果利用海森堡的测不准原理进行测量，只要测量一个光子状态，纵使它已经发生变化，另一个光子也会出现类似的变化，也就是塌缩。根据这一研究成果，Alice利用随机比特，随机转换已有的量子传输状态，在多次传输中，接受者利用量子信道接收;在对每个光子进行测量时，同时也随机改变了自己的基，一旦两人的基一样，一对互补随机数也就产生。如果此时窃听者窃听，就会破坏纠缠光子对，Alice与Bob也就发觉，所以运用这种方式进行通信是安全的。
(三)量子密码技术
从Heisenberg测不准原理我们可以知道，窃听不可能得到有效信息，与此同时，窃听量子信号也将会留下痕迹，让通信方察觉。密码技术通过这一原理判别是否存在有人窃取密码信息，保障密码安全。而密钥分配的基本原理则来源于偏振，在任意时刻，光子的偏振方向都拥有一定的随机性，所以需要在纠缠光子间分设偏振片。如果光子偏振片与偏振方向夹角较小时，通过滤光器偏振的几率很大，反之偏小。尤其是夹角为90度时，概率为0;夹角为45度时，概率是0.5，夹角是0度时，概率就是1;然后利用公开渠道告诉对方旋转方式，将检测到的光子标记为1，没有检测到的填写0，而双方都能记录的二进制数列就是密码。对于半路监听的情况，在设置偏振片的同时，偏振方向的改变，这样就会让接受者与发送者数列出现差距。
(四)量子通信的安全性
从典型的数字通信来说：对信息逐比特，并且完全加密保护，这才是实质上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在长度有限的密文理论中，经不住穷举法影响。同时，伪随机码的周期性，在重复使用密钥时，理论上能够被解码，只是周期越长，解码破译难度就会越大。如果将长度有限的随机码视为密钥，长期使用虽然也会具有周期特征，但是不能确保安全性。
从传统的通信保密系统来看，使用的是线路加密与终端加密整合的方式对其保护。电话保密网，是在话音终端上利用信息通信进行加密保护，而工作密钥则是伪随机码。
二、量子通信应用与发展
和传统通信相比，量子通信具有很多优势，它具有良好的抗干扰能力，并且不需要传统信道，量子密码安全性很高，一般不能被破译，线路时延接近0，所以具有很快的传输速度。目前，量子通信已经引起很多军方和国家政府的关注。因为它能建立起无法破译的系统，所以一直是日本、欧盟、美国科研机构发展与研究的内容。
在城域通信分发与生成系统中，通过互联量子路由器，不仅能为任意量子密码机构成量子密码，还能为成对通信保密机利用，它既能用于逐比特加密，也能非实时应用。在严格的专网安全通信中，通过以量子分发系统和密钥为支撑，在城域范畴，任何两个用户都能实现逐比特密钥量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系统。在广域高的通信网络中，受传输信道中的长度限制，它不可能直接创建出广域的通信网络。如果分段利用量子密钥进行实时加密，就能形成安全级别较高的广域通信。它的缺点是，不能全程端与端的加密，加密节点信息需要落地，所以存在安全隐患。目前，随着空间光信道量子通信的成熟，在天基平台建立好后，就能实施范围覆盖，从而拓展量子信道传输。在这过程中，一旦量子中继与存储取得突破，就能进一步拉长量子信道的输送距离，并且运用到更宽的领域。例如：在�潜安全系统中，深海潜艇与岸基指挥一直是公认的世界难题，只有运用甚长波进行系统通信，才能实现几百米水下通信，如果只是使用传统的加密方式，很难保障安全性，而利用量子隐形和存储将成为开辟潜通的新途径。
三、结束语
量子技术的应用与发展，作为现代科学与物理学的进步标志之一，它对人类发展以及科学建设都具有重要作用。因此，在实际工作中，必须充分利用通信技术，整合国内外发展经验，从各方面推进量子通信技术发展。
参考文献
[1]徐启建，金鑫，徐晓帆等.量子通信技术发展现状及应用前景分析[J].中国电子科学研究院学报，2009，4(5)：491-497.
[2]徐兵杰，刘文林，毛钧庆等.量子通信技术发展现状及面临的问题研究[J].通信技术，2014(5)：463-468.
[3]刘阳，缪蔚，殷浩等.通信保密技术的革命――量子保密通信技术综述[J].中国电子科学研究院学报，2012， 7(5)：459-465.
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其实量子通信这方面的发展，在科学技术和战略价值这两方面都具有非常重大的意义。就是说在量子通信这方面有重大突破的话，我们国家在科学技术发展这方面又可以有一个很大的地位提升，所以这不仅是关系到整个国家甚至可以说是关系到世界科学技术发展的前沿。所以从几十年前到现在，在量子力学这一块，各个研究人员在这方面花费的功夫都是非常巨大的，但是在这方面能够有突破的是少之又少。说到战略价值，就是任何东西它的安全性其实都是有一个极限范围的。就比如说我们现在使用的各种通信技术，还有包括我们的卫星这些东西，虽然说在我们看来他的安全性都是非常高的，但其实在其他国家的发展之下早就有泄露的迹象，很有可能这些信息在不久的将来都会被泄露出去。所以在量子通信这一块是在不断发展和挖掘的，就是想要通过这种方式能够得到一个安全性能更强的信息保护方式。所以说它的战略价值意义是非常重大的，或许像我们这样的普通人，可能不会意识到这一点，但是如果说作为更高层一点的领导人物，他们所想到的就不仅仅是这一点。因为在我们看不到的很多地方，其实存在的安全隐患都是非常多的。所以量子通信的意义说到这里已经非常明显了，不管是对于科技还是对于战略保护这方面都是非常具有价值的。如果说国家能够有这方面的人才对它继续进行挖掘和发展，那么对我们国家来说都是一个非常好的发展前景，而且在这一块的挖掘空间是非常大的。如果有伙伴能够从事这方面的工作，在未来的发展和晋升空间都是不用担心的。
关于这个问题，量子通信对通信业的影响应该从量子通信的意义说起。
量子物理与信息学科在近代相结合，产生了两个最为引人瞩目的新学科：量子通信和量子计算。量子计算革新了原有的计算规则，若是量子计算（机）能够得以正式应用，那么计算的速率将会得到指数级的提升。而现有的采用基于单向陷门函数的保密通信，在量子计算下将会在很短的时间内就被破译，而在有效时限内就失去保密性，这对金融、军事等国家和社会的关键领域造成非常大冲击。量子通信则是基于量子物理的基本理论，其协议决定其能够判断通信中是否存在窃听而弃用不安全的信用，以保证其绝对安全性。
而由于冷存储和纠缠等技术的限制，隐形态传输这一被很多人认为是“真正的”量子通信离实用还有很长的距离，而现在正在热炒、离实用已经很近的量子通信则是基于单光子秘钥传输的量子保密通信。其在实际应用中，由于单光子源的频率和协议要求的限制，并不能经过过大衰减的信道，当前技术条件下，200公里的光纤信道已基本是极限。而传播更长的距离则需要中继来完成，中继有两种方式，一种是卫星，墨子号就是量子通信的实验卫星，但其现在仍只能作为实验卫星，实际实现的码率很低；另一种则是采用地面中继，而仍然由于技术的限制，现在地面中继能保证中继绝对安全的量子中继尚不能实用，而实际应用尚只能采用普通中继，即该中继实际引入了除了通信双方的第三方，这实际上已经不再能算是对量子通信双方的完全保密，必须要求引入的第三方、第四方，甚至更多的中继与通信双方有同等级的安全权限。
那么回过头来看，现在的量子计算现在还处于研发阶段，投入应用到能够破解当前密码方式的通信的时间还尤为可定，至少在当前的技术水平下，原有的加密方式还值得信赖。而目前的量子通信本身的技术限制，也使得其在应用上收到一定的限制，只有在中继站能与通信双方具有同等安全权限级别的方式下有绝对安全性。显然，国家机构、军队、金融等关系到国计民生而且确实需要绝对安全性的单位，也才具有其条件。
而正是量子计算和量子通信其在很多技术上也是具有共通性的，其进步的速度应该相似。不能预知，以后到底技术会进步到哪一步，但是以目前的社会和人文状态来看（很多科技的应用其实与当时的社会认识息息相关，技术的应用应该与成本关联起来看），量子通信应该是会作为通信中一部分有绝对安全性的需求的通信方式，正如上面所说那些单位，而大部分通信仍然会采用普通通信的方式，也许随着理论和技术的进步，能够提出更为有效的加密方式，使得普通通信也能具有更为严格的安全性。而其他技术的进步，也可能会使得隐形态传输突破通信的范畴，比如科幻电影中把人或物给远程传输了，但这个离现在太遥远，仅仅是理论上吧。
5G的硝烟还没散去，甚至大部分人到现在还没体验过5G。量子通信又登上全球竞技台，在全球物理学家还没搞清楚量子力学的时候，我们已经发射了全球第一个量子卫星 墨子号。在量子领域我们做到了独步全球，让很多西方物理学家求分享，感慨自己国家为什么不发展量子通讯。
为什么我们身边没感受到，难不成是一个鸡肋的噱头，今天就来解密中国领先的量子通讯。
所谓量子，在物理学就是一个单位，即不能再分割的最小单位，由德国物理学家M·普朗克发现，普朗克是量子力学开创者。和爱因斯坦并称为20世纪最伟大的物理学家，并且比爱因斯坦要早，给了爱因斯坦很多灵感，也算是神人一个。
普朗克发现能其实是不连续的，而是由若干个部分组成，量子就是基本单位，光的量子就叫做光子。例如一束激光，能量就是光子的整数倍 这个倍数就是频率，牛顿经典力学无法解释微观的物理现象，但是量子力学可以，当然并不是说宏观就是牛顿力学 微观就是量子，而是世界的本质就是量子的。
但是在微观领域，人们更容易感受到量子的存在。牛顿的经典力学在量子物理学家眼里，就是量子在宏观世界的一种近似值。方便计算，例如宏观的超导 超流 半导体都是经典的量子现象，因此想要引领未来的科技，量子力学是目前新的大门，要了解量子通信，还得继续深挖一下这个量子纠缠。
量子理论最有意思的地方就是量子纠缠，一个量子发生状态上的改变，无论多近还是多远，都会有一个相同的量子发生同样状态的改变。被爱因斯坦称为鬼魅般的超距相互作用。因为量子纠缠违反了相对论中对于信息传递所设定的速度极限。无限远的距离都可以产生联系，但是光速又是有上限的。
目前对于量子纠缠最简单易懂的解释是，一个封闭箱子内有两个电子A B，电子的状态，可能上旋，可能下旋，所以纸箱内有四种情况。AB都上旋 AB都下旋，A上B下 A下B上，但是电子有一个特性，一旦距离足够近就会产生叠加，变成相反的状态。如果A是上旋，那么B就会变成下旋，此后无论分得多远 都是这样。如果你不观测，那么A和B谁上旋谁下旋都不好说，这就是纠缠。如果A或者B的一方被观测到状态，那么纠缠打破，成为独立的两个电子。
这里很多人认为这样就能实现超远距离瞬间通讯，不好意思，目前的量子通讯还得依靠普通通讯手段，传递制备的纠缠光子。所以没办法做到超光速体验，因为在千里之外手握B电子的人，看到的B可能是上旋可能是下旋。没办法由A进行控制，所以实现不了信息传输，当下量子通讯的意义就是对信息进行加密，对于很多行业来说，保密比快更重要。
上世纪末期很多科学都在为了证明量子纠缠。而不懈努力，但是大部分实验都是漏洞百出，没办法证明，但是这些科学下的实验都为量子通讯打下了基础，量子密码学蓬勃发展。
1995年量子纠缠通讯在欧洲被实践成功，全球量子通讯竞赛开始，在国外科学家理论研究的技术上，中国科学家接过量子应用的大旗，中国科学家发现，光子在光纤中，无法放大量子通讯讯号，但是在真空中光线传播不受限制。所以需要一颗中转卫星。
2016年8月份，在酒泉卫星发射中心，长征二号丁运载火箭将墨子号量子卫星送上了太空，至于为什么叫墨子号。因为墨子是第一个提出光是沿直线传播的人，墨子号卫星就可以当成一个放大版的量子纠缠实验。实验距离达到了1200公里并且获得通讯成功。也就是说两个间隔1200公里的量子实现了互动，首条量子通信骨干网络京沪干线，也已经实现了6点间的洲际量子通信视频会议。除了在中国本土东南西北设置了四个地面接收站，并且在维也纳和格拉茨设置了地面站，和海外科学家分享实验成果。
要说量子通讯和传统通讯有什么不同，那就是量子通讯有着绝对的信息安全，因为量子除了具有不可分割性，还具有不可克隆性。简单点说，就是窃取一个信息，肯定要先复制它。但是量子通讯一旦被干扰，就会改变状态，也就是坍塌，双方的人就知道自己的通讯被监听了，例如利用量子纠缠制备秘钥，一旦这个秘钥被监听，那原来的密钥宣布失效。信息传出方自然不会用这套秘钥制定密文发送，所以窃取信息变得毫无意义。目前的物理学家已经从数学逻辑上，验证了量子通讯具有绝对的保密性。其中量子密钥分发生成量子密码，可以和二进制兼容，这也就为量子通讯的应用打开了大门。
所以中国拥有在轨运行的量子卫星，并且展开了星地纠缠实验。意味着中国在量子通讯领域已经走在了世界前列。而很多科技大国，在量子通讯领域基本还处于停滞阶段，将会在未来能源、军事、金融领域的信息安全差人一等。而墨子号实验，正式摆脱这种风险。对于民生而言，构建天地一体的通讯网络，更有有利于互联网、导航、新型货币的安全应用。
未来一旦突破超光速传输。量子的威力一点不输给今天的半导体制造技术。所以不必着急，等到量子天地一体组网成功，将会是跨越式的生活体验，而不是从4G到5G这种量的变化。
