量子通信技術及其在電力系統中的應用分析

方晨

【摘要】：量子通信技術具備無條件安全性和被竊聽可檢測性兩大優勢，該類優勢是傳統通信技術無法企及的，在這一基礎上，開展電力系統中量子通信技術的應用分析工作，對于提升電力系統的工作效率具有很大的促進作用。鑒于此，筆者對量子通信技術及其在電力系統中的應用展開研究，旨在幫助電力電網行業提升通信速度與通信安全。

【關鍵詞】：量子通信技術；電力系統；

【前言】：電力行業的發展，與國民的日常生活息息相關。在現代社會中，電力系統、信息系統以及通信系統三方已經逐漸融合為一體，在一定程度上為國民高質量生活提供了保障。隨著電力系統發展規模的增大，信息化已經成為電力行業中各項業務運轉的發展趨勢，此時，通信過程中敏感數據的安全加密工作質量就逐漸成為社會關注重點。由于量子通信技術是迄今為止工公認的安全性保障技術，所以，針對量子通信技術及其在電力系統中的應用進行深入分析具有一定現實意義。

1.量子通信技術概述

1.1量子通信的技術原理

一般來講，量子通信技術的基礎是量子密鑰分配技術，其可以通過利用單光子不可分割、量子態不能復制的特點完成通信兩者之間的安全密鑰分配任務，進而實現無條件、不可破譯的安全加密通信管理。與傳統的數字光通信方法不同，量子通信能夠直接在單光子的振動方向上加載并完成信息的編碼，該種量子狀態無法實現精確復制[1]。除此之外，經過量子通信技術加密完成后的數據傳輸過程中，所有的竊聽行為都會對量子狀態產生干擾，使得通信雙方對于數據傳輸情況進行實時監視，繼而避免被竊聽問題出現。在這一基礎上，如果文件在傳輸的過程中被竊取，竊取者也不能計算出隨機生成的加密密鑰并破解，在很大程度上提升了通信數據的安全性能。

1.2量子通信加密系統

在量子通信加密系統中，需要使用兩種信道維持業務傳輸工作順利進行，一是業務數據固有傳輸信道，二是量子密鑰傳輸所使用的單獨信道，為裸纖直連。當通信雙方的密鑰生成器判斷單光量子態的工作完成后，會根據判斷結果將量子態轉化為二進制碼[2]。在這一過程中，由于單光子的狀態是隨機發送的，并且在傳輸到過程中無法被竊取，所以兩者能夠生成同一種二進制秘鑰。最后，通過量子加密機的加工，將數據內容與密鑰進行“一次一密”加工，該流程完成后，由發送機在原始信道上進行數據傳輸，當通信對方接收時，只需要使用相同的密鑰完成解密就能夠獲取到通信信息內容。

2.量子通信技術在電力系統中的應用

在電力系統中，量子通信技術的應用，主要是為了保護電力生產和管理業務的數據信息傳輸。一般來講，針對電網生產業務進行數據的加密傳輸工作，主要是為了提升電網生產的安全性，主要涉及到電網的生產、安裝、調度自動等，此類數據網的存在，是電力生產安全的基礎，不但承載著電網運行安全的狀態監控，也對電網的安全運行提供了重要的保障。

2.1建立遠距離國際量子通信互聯網

通過對量子通信技術的研究，可以將其應用在量子科學實驗衛星上，于全球范圍內構建起遠距離、跨洲際的國際量子通信互聯網。依據我國當前已經布置的量子衛星地面接收狀況來講，可以在原有基礎上把諸如新疆地區南山位置與河北地區興隆位置的接收站視作跨省量子通信網絡的互聯網試點，完成中國東西兩方面的電力信息傳輸工作，該試點也能夠作為我國東部地區和西部地區周邊區域的城域網接入的最終聚集點[3]。與此同時，還應該積極利用政府部門構建完成的京滬干線，將其有效接入電力系統中，達到南北通信貫通目的。除此之外，還應該將京滬沿線的周邊城市的通信網以量子通信的方式接入，有效拓展量子通信網絡各點的縱度。

2.2對電力業務進行驗證和應用

為了有效驗證電力業務的運行效果，首先應該針對國內重要城市開展量子通信電網構建工作，將量子通信技術應用到電力電網構建系統中去，奠定量子通信在電力行業中的試點應用基礎。通過對政府部門建設完成的城市量子信息通信實驗的分析，最大程度將實驗電網的資源利用起來，在實驗點的選擇上，可以從北京、深圳、上海等政治、經濟發達城市布建區域性量子通信網絡[4]。另外一方面，該類城際電網的組建，不僅對電力系統東西步互聯、南北城市的貫通具有積極的促進作用，也對干線網“點替代面”的通信的擴散起到了較大的推動作用，最終提升了國內現有電網的組網模式的規模和密度。

2.3根據電力通信特征進行應用量子通信技術

在電力系統中應用量子通信技術時，應該根據電力通信的本質特征合理應用量子通信技術。首先，技術應用人員需要針對市場電力通信業務進行實地調查，填寫出完成的量子通信系統安全生態數據報表，然后開展現代社多樣化應用系統的信息安全生態調研，依照安全級別量化現有安全優先級，明確電網建設的相關要求并滿足。其次，按照電力業務的應用要求以及滿足條件展開業務的應用示范及驗證工作，之后將部分具有重要、獨立特征的信息通信系統采用量子通信技術進行安全加固。在量子通信技術的研發更新過程中，應該積極與先進的專業團隊建立合作關系，提升量子通信相關領域的人才培養數量。最后，根據凝煉完成的驗證成果，制定出量子通信設備的入網規范，擴大量子通信技術的應用范圍，進而形成完善的電力量子通信集運行和維護為一體的管理系統。

總結：綜上所述，隨著科學技術的不斷更新以及電力系統信息化程度的不斷加深，電網的安全運行愈加依賴電力通信技術保護。在這一前提下，本篇對量子通信技術及其在電力系統中的應用進行了分析，從量子通信技術概述著手，闡述了量子通信的技術原理以及量子通信的加密系統，然后開展了量子通信技術在電力系統中的應用研究，分別從建立遠距離國際量子通信互聯網、對電力業務進行驗證和應用等多個角度進行了具體描述，希望此次的研究可以為電力電網通信質量提升提供參考。

【參考文獻】：

[1]吳渲.量子通信技術在電力通信方面的應用[J].信息與電腦：理論版2017：8（17）：57-58.

[2]陳智雨，高德荃，王棟，等.面向能源互聯網的電力量子保密通信系統性能評估[J].計算機研究與發展，2017，54（4）：711-719.

[3]王礦巖.量子通信技術發展現狀及面臨的問題研究[J].通訊世界，2017，6（1）：110-111.