基于量子通信技術的發展應用探討

任海旭

（四川通信科研規劃設計有限責任公司技術一分院，成都　610041）

1　應用現狀

量子通信作為一種新型的傳遞方式，它的核心點是基于量子糾纏效應，利用量子糾纏效應進行密鑰和信息的傳輸，是信息論和量子論相互結合的全新領域。

量子通信的基本原理主要實現通信雙方之間的密鑰共享，綜合對稱密鑰體制，理論上可以實現通信的絕對安全。現階段，國外的量子通信應用已經較為廣泛，正在呈現快速發展的趨勢，逐步滲透到現實生活中的方方面面。例如，美國某知名研究機構Battelle設計了量子通信網絡，為亞馬遜、微軟等科技巨頭提供量子通信安全服務，所提的方案主要基于量子密鑰結合密碼中繼的方式，并且得到了廣泛的好評。在國內，量子通信起步較晚但發展迅速，并且已經取得了很大的成果。2017年，由首席科學家、中國科學技術大學潘建偉院士主持領導的科研團隊在量子通信領域取得了歷史性的突破，所研究的“墨子”號第一次成功實現“千公里級”星地雙向量子通信，相關的科研成果在國際上著名的《自然》和《科學》上。如圖1所示。標志著中國已經在量子通信衛星領域已經占據著領先地位。“墨子”號將中國的信息保密技術提升到前所未有的高度，奠定了中國在該領域的世界先發優勢。在云計算領域，阿里云發布了云量子通信產品，對量子設備和公共云平臺的技術融合進行了測試和驗證，并正在謀求量子通信應用的深化。未來的手機通信領域，光纖都有可能采用量子通信來保障手機通信的安全。

圖1　自然科學對“墨子”號的報道

近年來，經過蓬勃迅速的發展，國內民用量子通信已經得到了很好的應用，但是同時也暴露了一些亟待解決的問題：一是投入較高，量子通信需要的應用場景有限。量子通信市場比較分散，應用比較局限，現階段主要面向金融、政務等場景，這些場景的主要特點是要求安全性比較高。如果對這些場景中的量子通信升級，這就要求較高的投入。而且，改造完成以后，后期運營維護的成本也不容忽視，要求不斷地進行投入。二是安全性面臨著一定的風險。量子密鑰分發（QKD）系統在生成密鑰時效率較低，在對要求一次一密的高質量業務加密時難以滿足其要求，從而對安全性造成一定的風險。三是技術瓶頸的限制。量子密鑰分發（QKD）系統的核心器件，如高性能光子探測器、單光子源等器件的發展較為緩慢。在組網方面，由于糾纏操控技術目前還不成熟，基于糾纏操控技術的中繼方案還難以應用。包括目前還未付諸實驗驗證的量子通信平臺，圍繞新型方案的各種關鍵技術都有待進一步驗證才能應用。

2　產業化推廣

當一項新型的技術出現時，對其進行產業化無疑是使其發展壯大的必經之路。目前，量子通信的意義已經吸引了國內外各大科研機構的強烈關注，并對其進行了投資研究，期待能盡快實施產業化推廣。國家也從未停止過對其進行產業化的步伐，對本鄰域的政策扶持和專項投入提供了巨大的支持。例如，中科大科研團隊發起成立了量子產業化實體“中國量子通信產業聯盟”，以期實現科研成果向產業化的轉化。在電力領域，利用量子保密通信技術對電力領域重要數據業務信息進行異地加密傳輸，開展了基于量子通信保密業務的安全防護。

但是在大規模的推廣應用過程中，面臨一些挑戰：一是高投入。在量子通信組網過程中，大量額外的光纖資源需要支持，對量子通信的市場化推廣造成限制。基礎設施資源，包括光纖、光通信設備以及設備后期的升級改造要求高投入。二是標準研發和技術研發滯后。任何高新技術，走在世界的前列，意味著在陌生的世界摸索，這就造成新技術前期的開發耗時、復雜和高昂。當前的量子通信技術正處于這樣的一個階段。滯后的標準研發和技術研發使得進入一個瓶頸期。三是產業化供應鏈的完善耗時較長。與傳統的光學器件不同，量子通信的核心器件的生產能力、供貨能力以及性能參數都影響著產業化的推廣，供應鏈的完善建立必然需要較長的時間。四是初階階段艱難。在產業化的初級階段，面對著有限的高端客戶，要求系統安全性較高，不得不投資巨大，從而提高了這個行業的高門檻要求。

基于上述所面臨的問題，國家層面可以加大專項投入和政策支持，在關鍵技術方面取得突破，形成核心的競爭優勢。例如，通過高校、研究所等科研機構建立重大專項和科研基金的形式，推動量子通信關鍵技術的攻關工作。制定相關領域的政策，吸引量子通信相關的設備商和運營商參與其中，壯大科研力量。在攻關過程中，積極加強標準的制定。

3　結束語

在未來的信息通信行業，量子通信將作為一個有望與國際高新技術領域發展同步的富有戰略意義的制高點，成為未來的國家綜合科技實力的主戰場之一。基于量子通信技術的研究和應用受到越來越多的重視和關注。但我們也必須正視現階段量子通信技術的局限和不足，并未達到大規模應用推廣的條件。在技術標準和產業等方面有待進一步取得突破，相信在不久的未來，量子通信技術在國家安全領域等諸多方面必將擁有非常廣闊的應用前景。

[1]梁雨清.劃時代的量子通信技術現狀及展望[J].電子世界，2016（24）：66-66.

[2]楊旻.新時期量子通信技術發展現狀及發展趨勢探討[J].中國高新技術企業，2017，1（15）：35-37.

[3]劉乃樂，吳根，王兵，于笑瀟.量子通信技術發展現狀與趨勢[J].科技中國，2017（10）：10-13.

[4]張樹懷.量子通信技術的發展趨勢[J].科技致富向導，2015（2）：191-191.