2019．8 综 述
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量子通信原理及技术应用进展分析
周磊
安徽新华学院 230088
摘要：近年来，随着现代化建设的发展，我国的量子通信技术的发展也有了很大的创新。量子通信可以看作是力学和经典通信的一种交叉学科，主要是以量子态作为信息单元，来实现信息的有效传输，是保障通信安全的重要手段，在未来也有着非常良好的发展前景。因此，将量子通信技术引用到行业中，还需要对其中的各个方面进行细致的分析，进而整体化的把握住这种新技术的优势和应用。
关键词：量子通信原理；技术应用；进展分析
引言
随着科技的发展，信息系统逐渐融入到现代电力系统当中，并
形成了一种高度集中的杂交系统。随着电力系统规模持续扩大，业
务发展对于信息化的依赖程度也逐渐提高，而在传输各种敏感数据
时需要加强保密工作，不然出现数据泄露或是遭到安全攻击，就会
影响整个电力系统的运行状态。
1量子通信原理 量子通信从理论上的定义而言，并没有一个非常严格的标准。在物理学中可以将其看作是一个物理极限，通过量子效应就能实现高性能的通信。而在信息学中，量子通信是通过量子力学原理中特有的属性，来完成相应的信息传递工作。量子通信同传统的通信方式相比较，有一些比较突出的特点，例如安全性比较高，还有就是传输的过程中不容易受到阻碍。当量子态在不被破坏的情况下，在传输信息的过程中是不会被窃听，也不会被复制的，所以严格意义上来看，它是绝对安全的。而在无障碍的传输中，两个分离的量子，无论分离得有多远，当一个量子变化的时候，另一个也会产生相应的变化。上世纪中叶，人类以量子力学为基础开始认识和利用微观物理规律，推动产生了激光器、半导体和原子能等具有划时代意义的重大科技突破。进入21世纪，量子技术与信息技术深度融合，第2次“量子革命”正在到来。量子信息科学是量子力学与信息科学等学科相结合而产生的新兴交叉学科，目前其重点发展方向包括量子通信、量子测量和量子计算3个领域，分别以面向无条件安全的保密通信、超强的计算能力、精密探测突破了信息科学的经典极限。量子信息科学将为信息社会的演进提供强劲动力。 2通信技术发展
G.Vernam 在1917年提出一次一密（OTP）的思想，对于明文
采用一串与其等长的随机数密钥进行加密，接收方使用相同的随机
数密钥进行解密，随机数密钥真正随机且只使用一次，OTP 加密技
术已经被证明是安全的。但在经典通信领域，其所需的密钥很难在
不安全的信道上实现无条件安全分发，采用不安全的密钥来实施
“一次一密”加密仍然是不安全的。后来，出现了公钥密码体制，
接收方有一个公钥和一个私钥，接收方将公钥公开出去，发送方用
公钥加密信息后发给接收方，接收方用私钥解密信息。公钥密码体
制的优点是不需要经过安全的信道对外传递密钥，但它的安全性是基于难于求解的数学难题，例如大数分解问题，业已证明，量子计
算机的并行预算能力可以攻破RSA/DSA/ECDSA 等密码，现有公钥体系将面临巨大挑战。量子保密通信是量子信息领域中率先进入实用化的技术方向，是基于量子密钥分发（QKD）技术，结合适当的密钥管理、安全的密码算法和协议而形成的加密通信安全解决方案。量子密钥分发可以在空间分离的用户之间以信息理论安全的方式共享密钥，这是经典密码学无法完成的任务。QKD 结合OTP 策略，实现“一次一密”的绝对安全通信。QKD 技术的密钥分发与计算复杂度无关，即使拥有无限强的计算能力，也不能攻破。 3量子通信网络关键技术
3.1量子通信网络部署
量子通信网络部署方面，目前国际国内都已经成功部署了基于
光纤的量子通信网络，而且基于卫星的量子通信网络也已经过实验
验证。由于当前的技术水平限制导致无法部署实用的量子中继，目
前部署的量子通信网络都是基于可信中继的量子密钥分发网络。在
过去部署的量子通信网络中，大多数是使用专用光纤来传输量子信
号，这可以保护量子信号免受经典信号的负面影响。然而，专用光
纤费用昂贵且资源稀缺，将会大大阻碍量子通信网络的大规模实用
化部署。近年来，为了降低量子通信网络的部署成本，量子密钥分
发与经典光网络融合的研究不断涌现。目前在该方向已经出现了许多理论研究、系统实验和现场测试，以不断改善物理层性能为目标，如提升量子密钥成码率、延长量子密钥分发距离等。同时，用于优化量子密钥分发融合经典光网络的网络层性能的资源分配策略被提出，可以有效降低量子通信网络业务阻塞率、提高量子通信网络资源利用率等。 3.2量子通信网络管理 量子通信网络管理方面，软件定义网络和量子密钥池等技术有望提升量子通信网络的管理效率。软件定义网络技术采用可编程和灵活的集中控制方式，可以为量子通信网络提供高效、便捷的网络管理。软件定义网络技术可以用来实现分时段高效共享量子密钥分发资源来降低量子通信网络的成本;可以用来提供量子参数的实时监控，包括量子密钥成码率、量子比特误码率的监控等;可以用来在量子通信网络中实现高效灵活的多租户配置;可以用来在量子通信网络上提供端到端密钥按需分配服务，为实现端到端数据安全按需分配量子密钥;可以用来与机器学习相结合实现对量子信道和经典信道的动态和最佳波长分配。此外，关于量子密钥池技术，通过在
软件定义光网络中构建分布式量子密钥池，可以保障软件定义光网络中控制信道和数据信道的安全。通过为量子密钥池设计时间调度方案，可以在经典光网络上有效地调度量子密钥分发。 3.3电力系统中的量子通信网规划 结合现有的光纤通道和未来发展需求，我国可以利用国家建设通信网和量子干线，构建量子通信城域网和城际网。首先利用量子实验卫星建立大范围、远距离，甚至是跨洲的量子通信国际互联网。以国家建设的京沪干线为基础，将电力系统和京沪主干线进行连接，实现南北互通，同时将京沪干线经过的路线通过量子通信形式进行接入，促进从干线到不同点之间的有效延伸和扩展。 结语
随着网络技术的快速发展，通信网络中也开始接入一些全新的数据业务，这对于它的安全性就提出了更高的要求。在信息化时代，量子通信已经成为通信领域发展的热点，因此，相关人员应该秉承着科学发展的观念，在自主创新的道路上，提升量子通信技术的实效性，让它在国际技术竞争中，始终处在一个领先的位置上。 参考文献
[1]刘俊文.量子通信技术在电力信息系统保密传输中的应用[C].人民邮电出版社电信科学编辑部,2016:4.