量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題分析

劉冬

【摘要】 量子通信是指用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式，是量子理論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域，是近20年發(fā)展起來(lái)的新型交叉學(xué)科，目前這門(mén)學(xué)科已逐步從理論實(shí)驗(yàn)走向?qū)嵱没?。英?guó)《自然》雜志曾指出我國(guó)量子通信技術(shù)發(fā)展迅速是一支世界勁旅，我國(guó)在為量子通信技術(shù)研究碩果欣喜的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)它在實(shí)用發(fā)展中存在諸多問(wèn)題。本文從量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的弱相干光源安全性問(wèn)題、通信技術(shù)發(fā)展中存在的光子源產(chǎn)生單光子效率低問(wèn)題兩方面進(jìn)行了淺析。

【關(guān)鍵詞】 量子通信 發(fā)展 存在問(wèn)題 現(xiàn)狀分析

20世紀(jì)80年代是量子通信技術(shù)研究的開(kāi)啟性時(shí)代，其實(shí)從歷史角度看量子通信技術(shù)的研究要早于這個(gè)時(shí)間，早在20世紀(jì)70年代威斯納已經(jīng)寫(xiě)出了“共軛編碼”這篇著名文章。量子通信技術(shù)是在量子力學(xué)快速發(fā)展的前提下發(fā)展的新領(lǐng)域，它在信息傳遞方面存在很大優(yōu)勢(shì)已成為目前研究的熱點(diǎn)。但是隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，也存住諸多問(wèn)題。

一、量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的弱相干光源安全性問(wèn)題分析

根據(jù)量子通信技術(shù)研究表明量子通信是利用了光子等粒子的量子糾纏原理，量子糾纏是指在微觀(guān)世界里兩個(gè)粒子間的距離不論有多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化會(huì)影響另一個(gè)粒子變化的一種現(xiàn)象。因此，量子通信技術(shù)離不開(kāi)光源技術(shù)。由于單光子源技術(shù)難度太高，我國(guó)量子通信技術(shù)一般采用弱相干光源技術(shù)，但是這種光源在實(shí)用發(fā)展中存在諸多安全性問(wèn)題。

1、量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的單光子分離攻擊問(wèn)題。光子是光最小的單位，單光子是不可再分的。但是我國(guó)通信技術(shù)使用的弱相干光源技術(shù)，它的脈沖中不止一種光子，在理論上這種脈沖中所包括的光子是可以再進(jìn)行分割的。量子通信系統(tǒng)的基本部件由量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測(cè)量裝置三部分組成，主要涉及量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)、量子密碼編碼等，按量子通信所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子分為兩大類(lèi)，它的基本思想是將原物信息分成經(jīng)典和量子兩種信息，分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳遞給接受者，在傳遞過(guò)程中量子通信的通道損耗非常大。對(duì)于單光子源技術(shù)來(lái)講，即使通道損耗再大也是安全的，因?yàn)閱喂庾硬豢稍俜指?。但?duì)弱相干光源來(lái)講就會(huì)存在安全隱患，竊聽(tīng)者可以通過(guò)光子分離攻擊假冒量子通信技術(shù)的通道而獲得全部密碼，并且不會(huì)被量子通信技術(shù)發(fā)現(xiàn)。

2、量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的木馬攻擊和側(cè)信道攻擊問(wèn)題分析。量子密碼編碼是量子通信技術(shù)使用中主要涉及部分之一，木馬攻擊就是利用量子密碼信號(hào)源和接收器等部件的設(shè)計(jì)漏洞進(jìn)行攻擊，有效竊取量子通信技術(shù)里的量子保密系統(tǒng)的內(nèi)部信息。這種竊取信息的方法主要有側(cè)信道攻擊、光能部件高能破壞攻擊和大脈沖攻擊等。[1]

二、量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的通信效率低、通信距離受限制的問(wèn)題分析

1、通信技術(shù)發(fā)展中存在的光子源產(chǎn)生單光子效率低問(wèn)題分析。根據(jù)研究表明，單光子源具有非常強(qiáng)的量子力學(xué)性能，因其不可再分割的特性使每個(gè)單光子脈沖都是最安全的，即使量子通信技術(shù)的量子密碼通信的兩種通道損耗率特別大也能完整的完成原物信息傳遞任務(wù)。但因?yàn)閱喂庾拥闹苽浯嬖谥T多困難，目前我國(guó)量子通信技術(shù)很難利用單光子源技術(shù)，只能退而求其次利用弱光脈沖技術(shù)，而弱光子脈沖大多數(shù)的光子源發(fā)出的脈沖是沒(méi)有光子的空脈沖，這不但嚴(yán)重降低量子通信技術(shù)的量子密碼通信通道的傳輸效率還會(huì)增大量子密碼通信通道傳遞量子密碼編碼的誤碼率。[2]

2、量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的探測(cè)效率低的問(wèn)題分析。量子通信技術(shù)的量子測(cè)量一般采用正定測(cè)量、通用測(cè)量和投影測(cè)量三種測(cè)量方式進(jìn)行信息測(cè)量，這三種測(cè)量信息的基本原理是通過(guò)外部設(shè)備和北測(cè)量子的相互作用達(dá)到測(cè)量通信信息的目的，在量子通信技術(shù)的測(cè)量過(guò)程中會(huì)改變通道里量子的傳輸狀態(tài)，由此造成通信信息測(cè)量誤差。另一方面在對(duì)統(tǒng)一狀態(tài)下的通道量子進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于量子通信技術(shù)采用弱相干光源造成測(cè)量的通道量子種類(lèi)不同，而種類(lèi)不同又會(huì)導(dǎo)致測(cè)量量子的不同塌縮，最終造成測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差降低量子探測(cè)效率。[3]

3、量子密碼通信系統(tǒng)與全光網(wǎng)光纖信道不能完全相結(jié)合的問(wèn)題分析。量子通信技術(shù)的量子密碼通信系統(tǒng)與全光網(wǎng)光纖信道不能完全相結(jié)合，會(huì)造成量子通信技術(shù)的量子通道損耗過(guò)高和量子通信通道效率降低，這些會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)距離通信受限制。當(dāng)前我國(guó)使用的量子通信光纖尚未達(dá)到單模光纖的效果，導(dǎo)致光纖通信損耗率太大也會(huì)限制遠(yuǎn)距離通信。[2]

結(jié)束語(yǔ)：隨著我國(guó)量子力學(xué)的發(fā)展，我國(guó)量子通信技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界頂尖水平。本文從對(duì)量子通信技術(shù)發(fā)展中存在的弱相干光源安全性問(wèn)題、通信技術(shù)發(fā)展中存在的光子源產(chǎn)生單光子效率低問(wèn)題兩方面進(jìn)行了淺析。雖然量子通信技術(shù)在發(fā)展中存在諸多問(wèn)題，但是它相對(duì)還是具有傳輸信息容量大、傳遞信息效率高和安全性能高等特點(diǎn)，在軍事安全通信、高度保密的重要信息傳遞和生活通信等方面有很大應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]馬錦城，王茹.量子密碼通信技術(shù)與應(yīng)用前景研究[J].通信世界，2016（273）：298-299.

[2]鄭博熙，杜 英.淺談量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].電子世界，2016（8）：192-196.

[3] 林左鳴.沒(méi)有“幽靈”的量子通信——基于統(tǒng)一場(chǎng)論框架下的量子通信原理[J]. 前沿科學(xué)，2015（34）：25-38.