文杰斌
摘要:近些年,量子通信技術(shù)研究獲得了長足發(fā)展,在信息通信安全方面發(fā)揮著重要作用。本文研究分析了量子通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的困難及局限,以供參考。
關(guān)鍵詞:量子通信技術(shù);信息通信;發(fā)展
中圖分類號:TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2017)09-0020-02
進(jìn)入二十一世紀(jì)后,在世界電子信息高速發(fā)展的大環(huán)境下以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的量子通信技術(shù)也隨之進(jìn)一步發(fā)展。量子通信技術(shù)是基于量子力學(xué)理論與現(xiàn)代通信科學(xué)相結(jié)合的綜合產(chǎn)物,量子通信具體指的是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種先進(jìn)通信方式,是近二十年逐漸發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科。與傳統(tǒng)通信方式相比,信息效率高、信噪比低、非局域性、安全性是其主要特優(yōu)勢,是當(dāng)今通信技術(shù)領(lǐng)域的研究方向和熱點之一。對于量子通信的研究,許多國家都加大人力、物力投入,并在理論研究和技術(shù)方面均取得重大突破。
1 量子通信技術(shù)
1.1 量子通信技術(shù)的基本概念
量子通信技術(shù)的基本應(yīng)用原理從概念出發(fā)就是通過量子介質(zhì)信息傳的遞功能實現(xiàn)信息通信的技術(shù);從技術(shù)層面來看,通過利用量子的糾纏效應(yīng)實現(xiàn)信息傳遞、數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù);從物理的角度來看,量子通信技術(shù)利用量子在物理極限狀態(tài)下來實現(xiàn)信息傳輸渠道的建立,為信息安全性提供有效保障,改善了以往通信技術(shù)無法攻克的技術(shù)難題,是當(dāng)下最為先進(jìn)的通信方式;從信息學(xué)的角度來看,量子通信技術(shù)具有量子的不可復(fù)制性與傳輸隱形等特征特征,實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端的穩(wěn)定傳輸,同時,量子在傳輸過程中攜帶信息量大,是未來通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的重要方向[1]。
1.2 發(fā)展歷程
十九世紀(jì)末Max Karl Ernst Ludwig Planck首次發(fā)現(xiàn)量子,二十世紀(jì)中期Albert.Einstein與NilesBohr對量子理論展開了長達(dá)20年的爭論,不斷完善量子力學(xué)體系,為量子通信理論奠定基礎(chǔ)。直到 1979 年 IBM 公司最先提出將量子技術(shù)在通信科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用,量子通信技術(shù)實現(xiàn)了從概念研究到實驗研究的跨越階段,發(fā)展速度十分迅速;1993年科學(xué)界正式提出量子通信技術(shù),確定了量子技術(shù)應(yīng)用與通信領(lǐng)域的實際方案。四年后,在奧地利的實驗室內(nèi),正式實現(xiàn)了量子通信技術(shù)在實驗室的驗證,逐步走向了實際的發(fā)展高速期,從2007至2012年,量子通信技術(shù)分別完成了600m距離的信息傳遞和144km 通信距離的巨大跨越,標(biāo)志著量子通信技術(shù)從實驗研究階段初步走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。
1.3 量子通信技術(shù)優(yōu)勢及特點
(1)量子通信技術(shù)的傳輸延遲實踐極短,甚至可以忽略不及,且傳輸速度遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)通信方式,相比較于傳統(tǒng)通信,量子通信的傳輸效率高出幾十倍,傳輸速度快、延遲時間短決定了量子技術(shù)應(yīng)用于通信領(lǐng)域最為關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)勢。(2)量子通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸過程中不需要傳統(tǒng)信道,不受通信雙方傳輸媒介影響,無需擔(dān)心信息失真和丟失問題,對傳輸環(huán)境的要求比以往的通信方式低很多,量子通信具有完好抗噪性和抗干擾能力。(3)從技術(shù)角度來看,量子通信具有不可克隆的特性,在量子通信技術(shù)傳遞過程中,量子信息一旦被接收或被檢測就會發(fā)生不可還原的改變,因此,信息傳輸過程中,如果量子信息被監(jiān)測或被中途竊取,通信雙方很容易就能發(fā)現(xiàn),確保了信息傳輸過程的安全性,這就促使量子通信在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。(4)傳統(tǒng)通信方式在使用過程中容易受電磁輻射影響,信息易被第三方監(jiān)測,而量子通信沒有電磁輻射,隱蔽性強,第三方無法進(jìn)行探測。(5)量子通信應(yīng)用廣泛。量子通信不受傳播介質(zhì)的影響,理論上不會被任何障礙阻隔。量子通信還能穿越大氣層,可實現(xiàn)外太空通信,又可進(jìn)行海底通信,還可在光纖等介質(zhì)中通信,信息傳遞的質(zhì)量比較高[2]。
2 量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
量子通信出現(xiàn)的意義可以說是一場通信技術(shù)革命,在未來的通信領(lǐng)域有著光明的發(fā)展前景。量子通信相比傳統(tǒng)通信方式具有傳輸效率高、量子信息容量大、組網(wǎng)性強、保密性好等優(yōu)勢,因此,可通過量子通信技術(shù)搭建傳輸高速、信息安全的通信網(wǎng)絡(luò)體系,最終實現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。另一方面,量子通信在信息傳輸過程中的高保密性,使其在國防、軍事領(lǐng)域應(yīng)用前景極為廣泛,用途無與倫比,在信息對抗、信息檢測等方面的作用十分關(guān)鍵。除此之外,包括我國在內(nèi)的許多國家都對量子通信應(yīng)用提高了重視,并開始研究量子空間通信,將促進(jìn)人類太空信息通信技術(shù)和宇宙探索。
3 量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀量子通信技術(shù)發(fā)展面臨的問題
3.1 技術(shù)手段不成熟
量子通信技術(shù)相比于傳統(tǒng)的通信方式有其獨特的性能優(yōu)勢,但是由于現(xiàn)階段的技術(shù)手段不夠成熟,量子通信領(lǐng)域還有巨大的研究空間。理想條件下的量子通信在現(xiàn)代技術(shù)條件下還不能很好的實現(xiàn),具體來說,在形成單光子源??刂屏孔討B(tài)勢及量子測量等技術(shù)手段不夠成熟,目前還不能保證量子信息不被監(jiān)測竊取。為保障系統(tǒng)的絕對安全性,需要在單光子態(tài)的制備、傳輸及儲存等技術(shù)上實現(xiàn)進(jìn)一步突破及發(fā)展。同時,量子糾纏態(tài)勢的產(chǎn)生技術(shù)還存在許多不足,因此,量子通信的配套技術(shù)方面還需不斷完善,這些技術(shù)難題無不阻礙著量子通信的實際應(yīng)用,只有突破這些瓶頸,量子通信才能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的信息通信[3]。
3.2 安全性不高
目前,量子通信在實際應(yīng)用過程中還不能保證絕對的安全性。理論上量子通信技術(shù)的具有絕對的保密性,但實際通訊過程中密碼不能做到完全保密,導(dǎo)致這一問題的原因是量子通信技術(shù)在現(xiàn)階段的實際運行過程中,系統(tǒng)使用的是物理元器件并不是理想狀態(tài)下的,不能在理論上滿足絕對的安全性,與理論分析中建立的數(shù)學(xué)、物理模型存在一定的差距。因此,實際通信過程中系統(tǒng)安全漏洞依然存在。當(dāng)下的研究中,量子密鑰分配到各自系統(tǒng)時會受到光源、信道、探測端的影響,導(dǎo)致量子通信體系不如理論上穩(wěn)定,安全問題仍未完全解決,技術(shù)驗證與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研發(fā)滯后。
3.3 標(biāo)準(zhǔn)化難度大
對于任何高新技術(shù)的發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)化是商用和市場化普及的前提條件,需要統(tǒng)一計量和協(xié)調(diào)。量子通信作為量子理論和通信科學(xué)的交叉學(xué)科,涉及到的技術(shù)領(lǐng)域眾多,給標(biāo)準(zhǔn)化工作增添巨大難度。當(dāng)前,量子通信領(lǐng)域的國際化標(biāo)準(zhǔn)化滯后,表現(xiàn)在對標(biāo)準(zhǔn)化重視程度不足,研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)合作不夠密切,溝通、協(xié)作機制缺位。
4 結(jié)語
隨著世界各國對通信技術(shù)安全性和高效性的要求越來越高,使得量子通信技術(shù)的研究和應(yīng)用發(fā)展態(tài)勢迅猛,更加重視量子通信技術(shù)使用過程中存在的問題。具有保密性強和傳輸高效等特點的量子通信,在未來網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的通信技術(shù)發(fā)展中地位重要。單光子、量子探測、量子存儲等相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)突破的條件下,量子通信正逐漸邁向?qū)嵱秒A段。總的來說,量子通信將在一些重要領(lǐng)域的通信保密中發(fā)揮著無可比擬的作用,成為二十一世紀(jì)通信領(lǐng)域發(fā)展的方向。
參考文獻(xiàn)
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