量子通信技术发展中存在的问题分析

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【摘要】 量子通信是指用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式，是量子理论和信息论相结合的新的研究领域，是近20年发展起来的新型交叉学科，目前这门学科已逐步从理论实验走向实用化。英国《自然》杂志曾指出我国量子通信技术发展迅速是一支世界劲旅，我国在为量子通信技术研究硕果欣喜的同时也发现它在实用发展中存在诸多问题。本文从量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题、通信技术发展中存在的光子源产生单光子效率低问题两方面进行了浅析。

【关键词】 量子通信 发展 存在问题 现状分析

20世纪80年代是量子通信技术研究的开启性时代，其实从历史角度看量子通信技术的研究要早于这个时间，早在20世纪70年代威斯纳已经写出了“共轭编码”这篇著名文章。量子通信技术是在量子力学快速发展的前提下发展的新领域，它在信息传递方面存在很大优势已成为目前研究的热点。但是随着通信技术的快速发展，也存住诸多问题。

一、量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题分析

根据量子通信技术研究表明量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理，量子纠缠是指在微观世界里两个粒子间的距离不论有多远，一个粒子的变化会影响另一个粒子变化的一种现象。因此，量子通信技术离不开光源技术。由于单光子源技术难度太高，我国量子通信技术一般采用弱相干光源技术，但是这种光源在实用发展中存在诸多安全性问题。

1、量子通信技术发展中存在的单光子分离攻击问题。光子是光最小的单位，单光子是不可再分的。但是我国通信技术使用的弱相干光源技术，它的脉冲中不止一种光子，在理论上这种脉冲中所包括的光子是可以再进行分割的。量子通信系统的基本部件由量子态发生器、量子通道和量子测量装置三部分组成，主要涉及量子密码通信、量子远程传态、量子密码编码等，按量子通信所传输的信息是经典还是量子分为两大类，它的基本思想是将原物信息分成经典和量子两种信息，分别经由经典通道和量子通道传递给接受者，在传递过程中量子通信的通道损耗非常大。对于单光子源技术来讲，即使通道损耗再大也是安全的，因为单光子不可再分割。但对弱相干光源来讲就会存在安全隐患，窃听者可以通过光子分离攻击假冒量子通信技术的通道而获得全部密码，并且不会被量子通信技术发现。

2、量子通信技术发展中存在的木马攻击和侧信道攻击问题分析。量子密码编码是量子通信技术使用中主要涉及部分之一，木马攻击就是利用量子密码信号源和接收器等部件的设计漏洞进行攻击，有效窃取量子通信技术里的量子保密系统的内部信息。这种窃取信息的方法主要有侧信道攻击、光能部件高能破坏攻击和大脉冲攻击等。[1]

二、量子通信技术发展中存在的通信效率低、通信距离受限制的问题分析

1、通信技术发展中存在的光子源产生单光子效率低问题分析。根据研究表明，单光子源具有非常强的量子力学性能，因其不可再分割的特性使每个单光子脉冲都是最安全的，即使量子通信技术的量子密码通信的两种通道损耗率特别大也能完整的完成原物信息传递任务。但因为单光子的制备存在诸多困难，目前我国量子通信技术很难利用单光子源技术，只能退而求其次利用弱光脉冲技术，而弱光子脉冲大多数的光子源发出的脉冲是没有光子的空脉冲，这不但严重降低量子通信技术的量子密码通信通道的传输效率还会增大量子密码通信通道传递量子密码编码的误码率。[2]

2、量子通信技术发展中存在的探测效率低的问题分析。量子通信技术的量子测量一般采用正定测量、通用测量和投影测量三种测量方式进行信息测量，这三种测量信息的基本原理是通过外部设备和北测量子的相互作用达到测量通信信息的目的，在量子通信技术的测量过程中会改变通道里量子的传输状态，由此造成通信信息测量误差。另一方面在对统一状态下的通道量子进行测量时，由于量子通信技术采用弱相干光源造成测量的通道量子种类不同，而种类不同又会导致测量量子的不同塌缩，最终造成测量结果出现偏差降低量子探测效率。[3]

3、量子密码通信系统与全光网光纤信道不能完全相结合的问题分析。量子通信技术的量子密码通信系统与全光网光纤信道不能完全相结合，会造成量子通信技术的量子通道损耗过高和量子通信通道效率降低，这些会导致远距离通信受限制。当前我使用的量子通信光纤尚未达到单模光纤的效果，导致光纤通信损耗率太大也会限制远距离通信。[2]

结束语：随着我国量子力学的发展，我国量子通信技术已经达到世界顶尖水平。本文从对量子通信技术发展中存在的弱相干光源安全性问题、通信技术发展中存在的光子源产生单光子效率低问题两方面进行了浅析。虽然量子通信技术在发展中存在诸多问题，但是它相对还是具有传输信息容量大、传递信息效率高和安全性能高等特点，在军事安全通信、高度保密的重要信息传递和生活通信等方面有很大应用前景。

参 考 文 献

[1]马锦城，王茹.量子密码通信技术与应用前景研究[J].通信世界，2016（273）：298-299.

[2]郑博熙，杜 英.浅谈量子通信技术发展现状及应用前景分析[J].电子世界，2016（8）：192-196.

[3] 林左鸣.没有“幽灵”的量子通信――基于统一场论框架下的量子通信原理[J]. 前沿科学，2015（34）：25-38.