量子通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
2015-04-29 00:00:00張樹懷
【摘 要】近20年以來，新型交叉學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)處于信息時(shí)代，通信技術(shù)的發(fā)展、通信方式的改變，通信技術(shù)也被很廣泛的應(yīng)用到很多地方。[1]其中，量子通信（Quantum Teleportation ）技術(shù)其大容量以及保密通信的實(shí)現(xiàn)、可以構(gòu)筑大容量的通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)使之受到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛歡迎以及極其廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)用成效也非常突出。在數(shù)字信息處理中，量子密鑰也是對量子通信技術(shù)能力有著直接影響的核心內(nèi)容。
【關(guān)鍵詞】量子；通信技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展；趨勢
1.量子通信技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展歷程
1.1量子通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
量子通信系統(tǒng)是物理的量子學(xué)與現(xiàn)在信息理論想交叉的學(xué)科通訊技術(shù)，一類傳輸?shù)氖墙?jīng)典傳輸，一類是量子傳輸。其中經(jīng)典傳輸是密鑰的傳輸，而隱形的傳輸是無距離精確完美的傳輸。量子通信技術(shù)在信息化時(shí)代剛興起不久，并迅速被應(yīng)用到很多的領(lǐng)域中，并發(fā)揮了重要的作用。這一通信有密鑰技術(shù)、遠(yuǎn)距離的傳送、編碼的實(shí)現(xiàn)、國防等領(lǐng)域中普及，而且通信技術(shù)具有高效率、靈活、高速、絕對安全的信息的傳輸、通訊時(shí)?？梢詾榱愕葍?yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。
1.2量子通信技術(shù)的提出發(fā)展歷程
量子通信技術(shù)的提出簡要分為19世紀(jì)進(jìn)入通訊時(shí)代、信息交流與通信技術(shù)的演化、量子通信技術(shù)的突破。[2]
19世紀(jì)進(jìn)入通訊時(shí)代，以往的通信技術(shù)是通過電磁波之類的信息載體進(jìn)行信息的傳送，速度很慢，沒有量子效應(yīng)的研制，這樣的受很多因素條件限制比較大，空間距離就有可能讓一些領(lǐng)域信息傳輸不夠精準(zhǔn)，一直都是信息載體的傳輸，效率不高且應(yīng)用起來夠完美。自從信息交流演化進(jìn)程發(fā)展的加快，量子態(tài)開始迅速發(fā)展，時(shí)刻體現(xiàn)“零距離”、“高效率”“絕對安全實(shí)現(xiàn)”開始了通信傳輸進(jìn)程的加快。最后在量子態(tài)的發(fā)展下具有了現(xiàn)在技術(shù)所需要的社會(huì)功用，具有很大的實(shí)用性。隨著量子態(tài)中運(yùn)用物理特性，例如原子可以表征粒子的物理特性、以及“量子效應(yīng)”一個(gè)粒子的改變會(huì)牽引另一個(gè)粒子無論多遠(yuǎn)都會(huì)發(fā)生改變等的發(fā)展、遠(yuǎn)程通信技術(shù)，以及隱形傳輸?shù)陌l(fā)展，都帶來了量子通信傳輸研究領(lǐng)域的技術(shù)飛躍發(fā)展。
2.量子通信技術(shù)在各個(gè)信息化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用
2.1量子通信技術(shù)在發(fā)射衛(wèi)星上天中的應(yīng)用
量子通信傳輸不僅被應(yīng)用到通信、多媒體、人工智能當(dāng)中，也被各個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用，在日常生活中比較常見的是發(fā)射衛(wèi)星上天網(wǎng)絡(luò)的建立、以及利用衛(wèi)星建立的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)，在較之非量子通信上有著不可替代的優(yōu)勢。量子通信技術(shù)雖然剛剛研究起步，但是確實(shí)研究的前景最為看好的通信傳輸技術(shù)，量子通信傳輸提供的零距離實(shí)現(xiàn)可以說是為其無空間受制最為成功的跨越，傳輸效率也因?yàn)榱孔油ㄐ艂鬏數(shù)牧孔討B(tài)處理，所以在傳輸中對完美傳輸要求精準(zhǔn)這樣嚴(yán)格的條件下，而量子信息技術(shù)恰恰滿足了對于這樣捕捉能力的需求，利用紅外單光子探測器就實(shí)現(xiàn)了很好的捕捉。
2.2量子通信加密原理在國防、軍事領(lǐng)域中的運(yùn)用
利用量子效應(yīng)，利用量子態(tài)的粒子攜帶密碼信息，就不會(huì)有被竊聽的風(fēng)險(xiǎn)，這樣的應(yīng)用到具有安全機(jī)密要求極高的軍事領(lǐng)域中，保護(hù)通信密碼的通信傳輸是量子通信的運(yùn)用是對安全最完全的實(shí)現(xiàn)。以往通信傳輸受安全系數(shù)不高、傳輸距離的制約，不能對軍事機(jī)密安全保證、空間距離大大制約了軍事領(lǐng)域的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)了“絕對安全‘這便直接決定了量子信息傳輸選擇中量子理論的重要地位。[1]而且由于是信息僅僅是“黏著”在一個(gè)光子或者電子上，可以達(dá)到保證“竊聽”時(shí)信息的改變，這樣的量子應(yīng)用無疑是保證了內(nèi)容絕對保密的關(guān)鍵的因素，這樣加密方法是很難破譯的、絕對安全以及突破傳統(tǒng)數(shù)學(xué)加密方法，可以說，任何的“竊聽”的活動(dòng)以及信息的“攔截”都會(huì)改變量子狀態(tài)。根據(jù)調(diào)查顯示，大部分的軍事領(lǐng)域?qū)⒘孔用荑€為自己所用，已滿足現(xiàn)在競爭的需求，而且80%以上的軍事、國防需要安全保證、遠(yuǎn)距離、高效率的傳輸信息技術(shù)。使量子密鑰在安全性、距離的傳輸以及量子態(tài)等轉(zhuǎn)換得到保證，量子密碼代替了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)密碼可以破解的方法，在運(yùn)用量子密碼之后，保證了信息的絕對安全的保證。
2.3量子通信技術(shù)在空間信息傳輸中的應(yīng)用
現(xiàn)如今信息時(shí)代傳輸高效安全是關(guān)鍵因素，信息傳輸?shù)年P(guān)注焦點(diǎn)主要集中在信息化安全、高效、遠(yuǎn)距離的傳輸上面，就是能安全、大容量的傳輸信息，且事實(shí)證明在傳輸上，因?yàn)榫嚯x原因上面，對于穩(wěn)定性的傳輸技術(shù)還是需要由理論上升為研究實(shí)踐的提高。
3.量子通信技術(shù)的發(fā)展前景展望
3.1網(wǎng)絡(luò)密鑰會(huì)有更大的“新”突破
網(wǎng)絡(luò)密鑰對于軍事以及國防的安全性保證當(dāng)之無愧對于安全系數(shù)高的領(lǐng)域能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。但是還是沒有被大規(guī)模的應(yīng)用，這就是與量子糾纏有關(guān)，因?yàn)殚L距離的量子的穩(wěn)定性還在創(chuàng)意研發(fā)階段，不過，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的有效的密鑰的理論與實(shí)踐能力都是會(huì)有更大的進(jìn)展并且因?yàn)榱孔用艽a傳輸在全球都會(huì)實(shí)現(xiàn)安全的信息傳輸。
3.2滿足更“大容量”方面的發(fā)展
數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)打破了所受空間、距離以及安全等等的種種限制，同時(shí)對容量的需求給予了極大的滿足，大容量可以實(shí)現(xiàn)高清晰圖像，例如：可以實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)的傳輸。[2]目前，應(yīng)用領(lǐng)域，80%以上的全球因特網(wǎng)絡(luò)是以量子通信為基礎(chǔ)的，預(yù)計(jì)以后全球化的通信技術(shù)的發(fā)展都要以此為基礎(chǔ)。
3.3宇宙空間探索的更“快”進(jìn)程
量子通信傳輸?shù)男畔⒓夹g(shù)，可以實(shí)現(xiàn)長距離且絕對安全的傳輸。不受空間等變化影響，可以并行執(zhí)行多個(gè)操作，最可貴的是可以實(shí)現(xiàn)通信時(shí)常為零，甚至是超光速進(jìn)行傳輸能力，將量子通信傳輸技術(shù)應(yīng)用于宇宙探索中，這是當(dāng)前發(fā)展的趨勢能夠加速我們在探索宇宙中的。
4.結(jié)論
在這樣一個(gè)通信技術(shù)與交流、競爭并存的時(shí)代，通信技術(shù)的的如何更好的應(yīng)用也是關(guān)鍵的問題，尤其是現(xiàn)在軍事、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的競爭，空間攔截“竊聽”技術(shù)研究國家的增多，量子力學(xué)與信息學(xué)的結(jié)合，如果不能不能很好的利用和很快將信息化時(shí)代的優(yōu)勢為自己所用，造成發(fā)展或者國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展出現(xiàn)被淘汰的境地。
綜上所述，在信息化時(shí)代需要在一個(gè)較為大容量、安全的傳輸能力下，傳輸信息。而量子通信技術(shù)在實(shí)際的通信以及衛(wèi)星、國防等領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)檫h(yuǎn)距離、高效、安全保證的能力的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了各個(gè)領(lǐng)域更好的發(fā)展，很好的結(jié)合信息學(xué)知識(shí)，向更好的方向發(fā)展的，因此，高效運(yùn)用量子通信技術(shù)，將優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，加速各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展同時(shí)也會(huì)使量子通信滲透進(jìn)我們生活，量子通信技術(shù)的也使我們?nèi)祟惏l(fā)展的進(jìn)程的加快。
【參考文獻(xiàn)】
[1]蘇曉琴，郭光燦.量子電子學(xué)報(bào)[M].2007，11.
[2]楊振寰.美籍華人.熵與信息光學(xué).（Entropy and information optics），1999.
