量子通信及其在電力通信中的應用

卞思遠

（內蒙古電力（集團）有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引 言

中國經歷了70年的發展，經濟實力與綜合國力均有了質的飛躍，成為世界第二大經濟體。人們經歷了從饑寒交迫到溫飽再到小康，人們生活質量得到大幅度提升的同時，信息科技也得到了很大的提升。就以量子通信而言，量子通信是一門全新的交叉性學科，本質上是采用量子糾纏效應傳輸信息的通信方法。本文對量子通信和其在電力通信中的有效運用進行了分析與探討[1]。

1 量子通信簡介

量子通信擁有無條件安全特性，這就讓其在現代技術下可以達到絕對安全傳輸信息的目的。量子通信因而能夠經過一次一密確保信息處于安全狀態，同時經過量子狀態偵查安全攻擊，此乃量子通信于網絡通信、金融和基礎設備等方面都具有廣泛應用前景的根本之所在。量子通信思想的出現產生于1980 到1990年，光通信技術和現代物理學探索成果在這之中運用甚廣。根據信道加以分類，能夠把量子通信劃分為隱形通信和密碼通信兩種。隱形通信就是通過把粒子未知量子態傳輸至另一個地方，從而達到信息有效傳輸，無實物量子信道讓傳輸兩端一起改變，量子隱形通信不能破譯[2]。密碼通信關鍵使用量子狀態當成信息加解密密鑰，傳輸密鑰能夠即刻發現竊聽情況。一次一密方法和量子通信無條件安全有緊密的聯系，物理學原理在這之中發揮著重要作用，這是計算能力與數學水平持續提高不會對量子通信安全性帶來影響的重要原因。

量子通信特征表現在如下兩方面。第一，可進行無阻礙通信[3]。量子通信是在量子糾纏技術的基礎上發展起來的一種通信技術，在這種糾纏狀態下，即使彼此相距很遠，兩個粒子也可以相互糾纏，并且當一側改變時，另一側也會改變。因此，通過屬性更改的方式可以有效降低信息傳輸障礙發生的概率，進而將實現信息無阻礙傳輸。第二，安全性。獲取量子態必須是在改變或者損壞當前量子狀態下進行，當信息在量子信道傳輸中倘若遇到截獲與復制等會出現信息反饋，繼而通知信源，其安全性是傳統通信無法相媲美的。

2 量子通信現況及其發展趨勢

在21 世紀社會發展過程中，量子通信中量子儲存與探測以及單光子等重要技術得到了很大的突破與發展，多種量子理論體系越來越完善，量子通信技術已經慢慢進入了試點運用時期[4]。新時代背景下，德國與美國等國家均進行了較大的投資，以此探究量子通信技術。中國也不例外，并且獲得了較好的成果，在一些領域已經達到了世界領先水平，如此必定會推動國內經濟迅速發展。

在2012年，中國中科院院士帶領的技術隊伍，在合肥構建了國際上第一個規模化的節點數46 個的城城量子通信網絡，并且也建立了量子通信安全系數高的通信保障系統。它們在北京投入永久運行，給中共十八大與2015年9月閱兵提供了非常關鍵的信息安全保障。2016年末，中國上海與北京構建長度總計為2000 多公里的量子保密通信骨干線路，也就是京滬干線，這一干線連接北京與上海的可信度高、拓展性大、軍民相融的廣域光纖量子通信網絡，進行長距離和大尺度量子通信驗證與運用。京滬干線能夠實現遠程高清量子視頻會議系統與別的多媒體橫跨互聯運用，還能夠將金融與政務方面的遠程與同城數據災備系統加以實現，也可以實現金融機構數據收集系統合理運用。同時，中國還發射全世界第一顆量子科學實驗通信衛星，這表明中國通信技術取得了很大的發展和進步，且還表示了中國在軍用通信行業站在了世界最前端。未來持續發射的諸多量子通信衛星，能夠構建全球最安全通信網絡。就如潘建偉教授所闡述的，量子科學實驗衛星發射，將預示著我國從經典信息技術的追隨者，變成了將來信息技術的領跑者，量子通信會快速進入現代人生活，改變世界。

量子通信和以往的通信比較，有著一定的保密性與安全性，同時還有很高的時效性，不存在所謂的電磁輻射問題，這些優勢決定了其美好的應用前景。經過光纖能夠達到城城量子通信網絡，采用中繼器連接可以達到城際量子網絡的目的，經過衛星中轉站可以實現長距離量子通信，形成廣域量子通信網絡[5]。在將來發展過程中，量子通信可以將大規模應用實現，而傳統通信硬件設備不會被全部更換，而是基于基礎設施加以融合，僅在通信發送端與接收端設置單光子探測儀器與量子網關等設備，就可以將通信安全性提高。

3 量子通信在電力通信中的有效運用探索

3.1 提高網絡通信安全層級

科學和信息技術的不斷發展盡管為供電公司提供了特定的技術支持，使信息化模式在企業管理中開始運營，但是計算機病毒的長期潛伏存在嚴重威脅著企業的安全，尤其是信息安全。在過去的兩年里發生了多起勒索病毒攻擊企業的行為，損害了企業利益，并給企業帶來很大的安全生產隱患。在這種條件下，怎么確保電力企業大量信息安全是非常關鍵的事情。量子通信可以提高網絡通信安全層級，避免企業計算機備受攻擊，進而保障電力行業系統的安全穩定運行。

3.2 異地備份數據加密傳輸

中國的電能資源存在分配不均的問題，這使得電力的建設和調度變得更加重要，對于不確定事件（尤其是重大災害）的預防性建設是現代電力公司應注意的問題。現階段，一些電網公司已經針對實施有效調度能源問題異地建立了數據容災中心。在這些數據中心的結構和功能上，量子通信的使用極大地保證了數據傳輸的準確性和安全性，并確保了機密數據傳輸的順利安全進行。在通信級別上，量子技術的安全性和機密性在一定程度上與以前的復雜算法的安全性不同，主要是由于其自然特性和優勢所形成的獨特屬性，為電力通信技術的研究和實施以及對遠程備份數據的安全保護提供了有力的支持。量子密鑰分發鏈接可以實現密鑰分發在主數據中心和備份數據中心之間交換且有效地進行，并為遠程數據備份傳輸建立安全有效的通道。

3.3 建立加密量子交換網絡平臺

除去一般的網絡信息傳輸路徑，部分關鍵信息也要經過電話的形式進行傳輸，特別是部分生產指令的傳輸，這就讓確保電力公司中電信技術的安全性已成為一項非常重要的任務。量子交換機可以控制傳統的通信網絡以及量子交換網絡，因此，可以充分利用量子通信在防止信息遺漏等方面的優點為電力公司構建最安全的量子交換網絡平臺。在現代社會的發展階段，中國對量子交換機的探索研究為加密量子交換網絡平臺提供了非常重要的技術支撐。例如，對量子通信系統的理論實踐提出了由交換、控制和輸出等許多模塊組成的光開關量子交換器，在量子通信網絡的信源、信宿之間建立光子鏈路，為雙方通信提供量子通道，建立一個量子交換平臺，用弱光源測試該平臺，然后將可用節點接入量子通信網絡。

4 結 論

量子通信是通信行業中的核心科學技術，在各個行業或領域信息傳輸中起著重要作用。現代電力企業持續深化改革下，企業需要強化對量子通信的探索與研究，根據企業本身通信需求著手建立相關技術平臺，為提高企業通信水平與效果提供保障。中國有關量子通信的探究處在持續發展的時期，需要增加投資推動通信技術更好更快地發展。