基于量子通信技术的发展应用探讨

任海旭

（四川通信科研规划设计有限责任公司技术一分院，成都　610041）

1　应用现状

量子通信作为一种新型的传递方式，它的核心点是基于量子纠缠效应，利用量子纠缠效应进行密钥和信息的传输，是信息论和量子论相互结合的全新领域。

量子通信的基本原理主要实现通信双方之间的密钥共享，综合对称密钥体制，理论上可以实现通信的绝对安全。现阶段，国外的量子通信应用已经较为广泛，正在呈现快速发展的趋势，逐步渗透到现实生活中的方方面面。例如，美国某知名研究机构Battelle设计了量子通信网络，为亚马逊、微软等科技巨头提供量子通信安全服务，所提的方案主要基于量子密钥结合密码中继的方式，并且得到了广泛的好评。在国内，量子通信起步较晚但发展迅速，并且已经取得了很大的成果。2017年，由首席科学家、中国科学技术大学潘建伟院士主持领导的科研团队在量子通信领域取得了历史性的突破，所研究的“墨子”号第一次成功实现“千公里级”星地双向量子通信，相关的科研成果在国际上著名的《自然》和《科学》上。如图1所示。标志着中国已经在量子通信卫星领域已经占据着领先地位。“墨子”号将中国的信息保密技术提升到前所未有的高度，奠定了中国在该领域的世界先发优势。在云计算领域，阿里云发布了云量子通信产品，对量子设备和公共云平台的技术融合进行了测试和验证，并正在谋求量子通信应用的深化。未来的手机通信领域，光纤都有可能采用量子通信来保障手机通信的安全。

图1　自然科学对“墨子”号的报道

近年来，经过蓬勃迅速的发展，国内民用量子通信已经得到了很好的应用，但是同时也暴露了一些亟待解决的问题：一是投入较高，量子通信需要的应用场景有限。量子通信市场比较分散，应用比较局限，现阶段主要面向金融、政务等场景，这些场景的主要特点是要求安全性比较高。如果对这些场景中的量子通信升级，这就要求较高的投入。而且，改造完成以后，后期运营维护的成本也不容忽视，要求不断地进行投入。二是安全性面临着一定的风险。量子密钥分发（QKD）系统在生成密钥时效率较低，在对要求一次一密的高质量业务加密时难以满足其要求，从而对安全性造成一定的风险。三是技术瓶颈的限制。量子密钥分发（QKD）系统的核心器件，如高性能光子探测器、单光子源等器件的发展较为缓慢。在组网方面，由于纠缠操控技术目前还不成熟，基于纠缠操控技术的中继方案还难以应用。包括目前还未付诸实验验证的量子通信平台，围绕新型方案的各种关键技术都有待进一步验证才能应用。

2　产业化推广

当一项新型的技术出现时，对其进行产业化无疑是使其发展壮大的必经之路。目前，量子通信的意义已经吸引了国内外各大科研机构的强烈关注，并对其进行了投资研究，期待能尽快实施产业化推广。国家也从未停止过对其进行产业化的步伐，对本邻域的政策扶持和专项投入提供了巨大的支持。例如，中科大科研团队发起成立了量子产业化实体“中国量子通信产业联盟”，以期实现科研成果向产业化的转化。在电力领域，利用量子保密通信技术对电力领域重要数据业务信息进行异地加密传输，开展了基于量子通信保密业务的安全防护。

但是在大规模的推广应用过程中，面临一些挑战：一是高投入。在量子通信组网过程中，大量额外的光纤资源需要支持，对量子通信的市场化推广造成限制。基础设施资源，包括光纤、光通信设备以及设备后期的升级改造要求高投入。二是标准研发和技术研发滞后。任何高新技术，走在世界的前列，意味着在陌生的世界摸索，这就造成新技术前期的开发耗时、复杂和高昂。当前的量子通信技术正处于这样的一个阶段。滞后的标准研发和技术研发使得进入一个瓶颈期。三是产业化供应链的完善耗时较长。与传统的光学器件不同，量子通信的核心器件的生产能力、供货能力以及性能参数都影响着产业化的推广，供应链的完善建立必然需要较长的时间。四是初阶阶段艰难。在产业化的初级阶段，面对着有限的高端客户，要求系统安全性较高，不得不投资巨大，从而提高了这个行业的高门槛要求。

基于上述所面临的问题，国家层面可以加大专项投入和政策支持，在关键技术方面取得突破，形成核心的竞争优势。例如，通过高校、研究所等科研机构建立重大专项和科研基金的形式，推动量子通信关键技术的攻关工作。制定相关领域的政策，吸引量子通信相关的设备商和运营商参与其中，壮大科研力量。在攻关过程中，积极加强标准的制定。

3　结束语

在未来的信息通信行业，量子通信将作为一个有望与国际高新技术领域发展同步的富有战略意义的制高点，成为未来的国家综合科技实力的主战场之一。基于量子通信技术的研究和应用受到越来越多的重视和关注。但我们也必须正视现阶段量子通信技术的局限和不足，并未达到大规模应用推广的条件。在技术标准和产业等方面有待进一步取得突破，相信在不久的未来，量子通信技术在国家安全领域等诸多方面必将拥有非常广阔的应用前景。

[1]梁雨清.划时代的量子通信技术现状及展望[J].电子世界，2016（24）：66-66.

[2]杨旻.新时期量子通信技术发展现状及发展趋势探讨[J].中国高新技术企业，2017，1（15）：35-37.

[3]刘乃乐，吴根，王兵，于笑潇.量子通信技术发展现状与趋势[J].科技中国，2017（10）：10-13.

[4]张树怀.量子通信技术的发展趋势[J].科技致富向导，2015（2）：191-191.