浅谈量子通信理论及其应用.docx

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1、浅谈量子通信理论及其应用 摘 要 近几年，量子通信实现了高效发展，在信息平安传输方面取得了良好的成果。文章以量子通信理论作为主要探讨课题，首先分析了量子通信的基本原理，主要包含有BB84协议及光子数分别攻击，而后概括了其体系架构，最终具体分析了量子通信的应用现状及应用前景，以期推动量子通信技术的进一步发展。 關键词 量子通信；协议；应用前景 中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6738207-0101-02 量子通信指的是以量子态及量子纠缠效应为基础来实现信息或密钥传输的一种通信方式，在量子力学原理的基础上，可以实现肯定性平安，为被监控和被窃听供应平安保证。在量子力学及量

2、子信息技术的指引下，精确操控光子和原子等微观粒子得到了实现，同时，还可以针对信息实施编码、存储、传输、运算以及调制。目前，量子通信主要涉及到量子密钥分发、量子隐私共享、量子数字签名、量子隐形传态、量子中继、量子数据锁以及量子指纹识别等方面。随着信息技术的不断快速发展，在目前这个困难的平安形势下，量子通信发挥着重要的作用，量子通信以量子力学原理为基础，在通信方面运用微观视角下的物质特性，在高速传输及高牢靠保密通信方面有着极大的优势，已成为当下科技的主要探讨和发展方向。本文则基于此对量子通信理论及其应用进行了具体的探讨。 1 量子通信的基本原理 对于量子通信，基于概念的视角来看，指的是通过量子介质

3、所具有的信息传递功能来实现通信的一种方法。基于技术原理的视角来看，量子通信就是通过量子具有的纠缠效应来实现传递信息、传输数据的一个较为先进的通信技术。 1.1 BB84协议及其平安性 与经典通信比起来，量子通信最大的优势是它能够保证严格数学证明时候的平安性。为了使保密通信肯定平安，Benett与Brassard在11014年时探讨出世界上第一个量子密钥分发协议，也就是特别出名的BB84协议。BB84协议可以让通信双方在很远的两个地方就能够持续地建立密钥，但前提是双方都要完成认证，从而利用一次一密密码本加密协议来保证通信的平安。这一方法的平安性是以量子力学中的基本的两个原理为基础：单光子所具有的

4、不行分割性以及单光子量子态时所具有的测量塌缩性。 1.2 光子数分别攻击 因量子通信通道特别简单被损耗，当距离大于101km时，结合探测效率来看，其效率将会在整体上低于千分之一。以相关理论为基础，就算处于高损耗通道下，志向单光子源依旧可以保持肯定平安状态，但是，同样处于高损耗通道下，系统真正运用的弱光却有着不一样的结果：在此过程中，窃听者能够假装为通道损耗，以光子数分别攻击为基础来得到详细的密码。以偏振空间为例，其实弱相干态脉冲是由单光子和多光子脉冲结合而构成的。也就是说在非真空脉冲中，一部分为单光子，一部分为多光子。在多光子脉冲中，其涵盖了大量的全同偏振光子。对于窃听者来说，其能够保存一个光

5、子，将其他的光子分别，并传送给远程合法用户。窃听者能够像合法用户一样，在不扰乱合法用户的光子偏振态的状况下，拥有同样的偏振光子。也就是说窃听者能够在隐秘的状况下完整的获得信息。合法用户不会发觉窃听者的这种行为，这主要是由于窃听者能够随时对各单独脉冲进行调整，以限制通道衰减系数，进而把控好合法用户的探测器计数率，使之与高损耗自然通道相统一。 2 量子通信的体系架构 量子通信的体系架构主要包含有量子态发生器、量子通道以及量子测量装置等几个部分，图1即为其基本模型。 量子通信系统的主要部件是由量子态发生器、量子通道以及量子测量装置所构成的。按其所传送的信息可以将它分为两类，若其所传送的信息为经典信息

6、则一般用来传输量子密钥，若其所传送的信息为量子信息，则一般用来分发量子隐形传态以及量子纠缠。现阶段在量子通信系统在实际工作的应用中，通常采纳“量子信道+协助经典信道”的方法进行分发非志向类的量子密钥又或者是量子密码通信。在经典信道的协助下，通信双方通过量子信道来完成量子信息的交互与同步，获得量子密钥。 3 量子通信的应用现状及前景3.1 量子通信的应用现状 目前，量子通信不但在军事、国防、金融这些领域起到特别重要的作用，而且还很大程度地推动了我国国民经济的发展。在11013年美国IBM的探讨者探讨出量子通信理论之后，美国国内的科学基金会、国防高级探讨安排局都加入了这一项目的探讨。瑞士、法国这些

7、欧美国家也特地成立公司来对量子通信进行商业研发。2022年2月17日，合肥市胜利设立城域量子通信试验示范网，并正式投入了运行，一共包含有46个节点，光纤为1 730km，以6个接入交换及集控站为基础，将40组“量子电话”用户及16组“量子视频”用户连接起来。2022年5月，中科院第一次完成了星地量子密钥分发的全方位地面试验。2022年11月，济南胜利设立量子保密通信试验网，其中包含有3个集控站以及50个用户节点。 我国已经将量子通信、量子计算纳入了“十三五”规划之中，并将其提高到信息网络平安战略层面进行布局谋划。2022年8月16日，我国放射了世界上第一颗量子通信卫星“墨子号”，并在“天宫二号

8、”上测试胜利。2022年初，量子保密通信“京沪干线”全线贯穿，该项目的总长度为2 000多公里，把北京、济南、合肥、上海的城际量子通信网紧紧的连到了一起。现阶段我国通过光纤的城域以及城际量子通信技术实行好用化和产业化已领先于其他的国家许多。 预料到2030年，中国的量子通信卫星网会发展到世界各地。量子通信和我国信息平安的战略性技术和产业休戚相关，有着广泛的发展潜力，量子通信的肯定平安已经应用于相关领域，将为我国信息平安产生深远意义。要推动量子通信技术逐步完善以及实际应用，必需加大政策、资金支持力度和相关专利、标准编写，大力弘扬“两弹一星”和“宏大长征”精神，充分利用“互联网+”和“工业制造20

9、25”平台，通过大众创业万众创新和“弯道超车”，建设信息网络强国，确保国家信息网络的肯定平安。 3.2 量子通信的应用前景 不论是在国防军事、深海航天领域，还是在国民经济、科教文卫等领域，量子通信都呈现出特别广泛的利用价值。自理论到试验，量子通信正渐渐趋于好用化。在长期的探讨下，量子密钥安排技术已渐渐发展成熟，渐渐朝推广试用期进行迈入，属于量子通信技术朝好用化方向进行发展的重要体现。当前，量子隐形传送、量子平安干脆通信以及量子机密共享等都属于量子通信的前沿理论，并得到了广阔科学家的探究与试验探讨，而其要想真正实现好用化与产业化还须要肯定的时间。所以，接下来，不但需加强量子通信技术的探讨与研发，

10、对信息平安解决方案进行全面的探究，同时，还需加强其科技成果的转化与运用，以量子通信核心关键设备开发为基础，不断推动量子通信产业及相关企业的发展。在此过程中，政府需投入大量的资金，并加强量子通信产业人才的培育，不断储备专业人才。量子通信网络和现有网络的结合属于当前的主要发展方向，将来，还会在专网、公众网、云平安以及星地等方面进行更广泛的运用。 总而言之，相比传统的通信来说，量子通信具备诸多优点，如平安保密性强、传输速度快、时效性高以及无电磁辐射污染等，这些优点对于量子通信技术得到更广泛的运用奠定了基础，是其广袤前景的象征。 4 结论 本文通过具体探讨量子通信理论，分析了量子通信的基本原理，并介绍

11、了量子通信的体系框架，而后对量子通信的应用现状及应用前景进行了具体的分析。总而言之，量子通信技术有着广袤的应用前景，其具备高效性、肯定平安性等特点。量子通信技术的发展不但带来了机遇，同时也伴随着挑战，对于科技产业的发展有着特别重要的影响。在将来，其将成为世界通信领域发展的主要方向和热点。 参考文献 1周飞，王向斌.好用化量子通信技术J.信息平安探讨，2022，3：80-85. 2刘威.量子通信技术的军民融合发展问题探讨J.科技与创新，2022：73-73. 3董玉辉，张靓，李晓亮，等.空間激光/量子通信技术探讨进展与发展探究J.遥测遥控，2022：11-18. 4吕仲涛.借力气子通信技术推动金融科技创新J.中国银行业，2022：83-85. 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页