量子通信及其在電力通信的應(yīng)用

羅彬

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東肇慶，526000）

1 量子通信技術(shù)的基本概述

從廣義角度分析，所謂的量子通信主要是把量子態(tài)進(jìn)行傳遞，涉及到的內(nèi)容中包括了量子密集編碼、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)其中，對(duì)于量子密集編碼而言，需要借助于量子計(jì)算機(jī)，而量子密鑰分發(fā)則主要是在量子態(tài)傳送過(guò)程當(dāng)中，光子會(huì)經(jīng)過(guò)光纖傳送到接收方，量子隱形傳態(tài)則在量子態(tài)消失之后于另一處重現(xiàn)，且光子不會(huì)被傳送；從狹義角度上分析，所謂的量子通信技術(shù)主要是一種安全保密通信，量子密鑰分發(fā)是產(chǎn)生與分布通信中最為主要的載體，需要加密生成密文，然后經(jīng)過(guò)經(jīng)典信道加以傳輸，量子隱形形態(tài)則是利用經(jīng)典信道將所測(cè)量的信息及時(shí)傳輸出去，以此實(shí)現(xiàn)量子信息與經(jīng)典信息的相互整合，這樣一來(lái)，真正推動(dòng)量子隱形傳態(tài)的有效發(fā)展。從某一個(gè)角度分析，量子通信技術(shù)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)眾多，但是不僅僅包括在竊聽檢測(cè)以及通信保密方面，其中在與經(jīng)典通信系統(tǒng)的對(duì)比中，優(yōu)勢(shì)眾多，比如通信速度、距離、抗干擾性能多明顯，優(yōu)于經(jīng)典通信。其中，量子通信的分類見圖1.從另外一個(gè)角度分析，量子通信的安全性已經(jīng)得到了有效的控制，這是經(jīng)典通信做不到，其中量子通信與經(jīng)典通信安全性對(duì)比見圖2。

圖1 量子通信分類圖

圖2 不同通信方式安全性表示圖

2 現(xiàn)階段量子通信技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

正如上文所言，量子通信技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)階段電力事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在，因具有高效率與安全性而受到人們的關(guān)注，甚至在美國(guó)、日本等國(guó)家紛紛成立了量子技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，并且眾多知名企業(yè)也加入到了量子通信研究之中。在1984年，國(guó)際上第一個(gè)量子密鑰分發(fā)協(xié)議誕生，這在一定程度上揭開了量子密鑰分發(fā)研究的序幕。并且在2001年瑞士相關(guān)公司積極推出了商用量子密鑰分發(fā)技術(shù)，不僅在國(guó)外備受關(guān)注，在國(guó)內(nèi)量子通信研究同樣受到了相關(guān)部門的重視，其中，在我國(guó)各個(gè)地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語(yǔ)音量子保密通信，并且也促使量子通信從理論到實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

3 電力系統(tǒng)中量子通信技術(shù)的應(yīng)用

3.1 構(gòu)建量子加密異地備份數(shù)據(jù)傳輸鏈路

圖3 量子加密通信數(shù)據(jù)傳輸圖

從某一個(gè)角度分析，積極構(gòu)建量子加密異地備份數(shù)據(jù)傳輸鏈路是現(xiàn)階段電力系統(tǒng)應(yīng)用量子通信技術(shù)的關(guān)鍵因素之一，且根據(jù)筆者的調(diào)查與分析，各個(gè)地區(qū)電力公司已經(jīng)展開備用調(diào)用系統(tǒng)以及信息容災(zāi)體系，并且還針對(duì)性的成立了異地?cái)?shù)據(jù)容災(zāi)中心，在新時(shí)期為從根本上保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，需要做好其加密工作。?dāng)然從整體角度分析，量子保密通信的安全性并非建立在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的，而是從多個(gè)角度出發(fā)，尤其需要對(duì)自身的優(yōu)勢(shì)加以重視，要加強(qiáng)對(duì)量子密鑰分發(fā)鏈路的應(yīng)用，可以在主數(shù)據(jù)以及備數(shù)據(jù)中間進(jìn)行量子密鑰分發(fā)以及交換，這樣才能從本質(zhì)上構(gòu)建高效且安全的異地?cái)?shù)據(jù)備份傳輸系統(tǒng)。其中量子加密通信數(shù)據(jù)傳輸圖見圖3。

3.2 制定核心加密通信網(wǎng)

因?yàn)槭艿蕉喾矫嬉蛩厮鶐?lái)的影響，大多數(shù)電力系統(tǒng)的電腦往往會(huì)被攻擊，甚至嚴(yán)重現(xiàn)象還會(huì)出現(xiàn)癱瘓，導(dǎo)致人們用電備受影響，如果還采取傳統(tǒng)的防火墻以及信息過(guò)濾技術(shù)是無(wú)法從本質(zhì)上將黑客攻擊問(wèn)題進(jìn)行解決的，在近幾年，伴隨著量子通信距離以及多用戶量子通訊技術(shù)的有效發(fā)展，加強(qiáng)應(yīng)用量子通訊機(jī)，并針對(duì)性的構(gòu)建重要調(diào)度機(jī)構(gòu)，加密通訊網(wǎng)，這樣不僅符合時(shí)代發(fā)展的要求，并且還能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)量子密實(shí)的加密通信，保證其安全性與順暢性。

3.3 構(gòu)建點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子加密保護(hù)通道

在電力生產(chǎn)當(dāng)中線路保護(hù)是極其重要的業(yè)務(wù)，且對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性以及安全性，有著較高的要求，現(xiàn)階段主要采取專用光纖的方式，以此保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，但是從某一個(gè)角度分析，卻無(wú)法真正提高企業(yè)安全性與穩(wěn)定性，在近幾年隨著量子通信研究的不斷加速，需要構(gòu)建點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子加密保護(hù)通道，這樣一來(lái)能夠?qū)⒐饬孔幼鳛橹饕Ｗo(hù)的載體，并且保障業(yè)務(wù)的安全性。

3.4 制定加密量子交換網(wǎng)絡(luò)

眾所周知，在生產(chǎn)指令上傳下達(dá)當(dāng)中電話業(yè)務(wù)是主要的工具，也是現(xiàn)階段電網(wǎng)安全有序進(jìn)行的關(guān)鍵所在，當(dāng)前主要采取了交換機(jī)放號(hào)的方式，且在承載網(wǎng)層面上并沒(méi)有進(jìn)行安全保障，積極利用量子交換機(jī)可以有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)交換控制，并且還可通過(guò)構(gòu)建量子交換網(wǎng)絡(luò)的方式，避免電話到盜竊聽，隱私受到影響。

3.5 采取應(yīng)急量子通訊

在出現(xiàn)冰災(zāi)、地震等諸多自然災(zāi)害的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光纜以及傳輸設(shè)備受到大面積的破壞，甚至還會(huì)導(dǎo)致電力通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)癱瘓，對(duì)人們生產(chǎn)生活用電造成影響，所以需要進(jìn)行應(yīng)急搶修，但是在應(yīng)急搶修過(guò)程當(dāng)中效果不明顯，量子隱形傳態(tài)技術(shù)目前取得了令人矚目的成績(jī)，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獲得了良好的進(jìn)步，尤其是在關(guān)鍵量子器件技術(shù)的不斷成熟下，量子隱形傳態(tài)技術(shù)逐漸邁入了應(yīng)用階段，利用量子隱形傳態(tài)技術(shù)可以構(gòu)建應(yīng)急環(huán)境之下的量子衛(wèi)星通信系統(tǒng)，這樣一來(lái)可以對(duì)未來(lái)的應(yīng)急搶修提供基礎(chǔ)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

量子通信技術(shù)結(jié)合了經(jīng)典通信以及量子力學(xué)，具有眾多優(yōu)勢(shì)，且在近多年的發(fā)展下，備受國(guó)內(nèi)外專家的重視，并取得了良好的成績(jī)，從理論逐漸走向?qū)嵺`，實(shí)用性與自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，在近幾年科技的不斷發(fā)展下，電力系統(tǒng)信息化程度不斷提升，電網(wǎng)的安全運(yùn)營(yíng)對(duì)電力通訊系統(tǒng)安全性的依賴也越來(lái)越大。量子通信技術(shù)因?yàn)榫哂邪踩?，所以在電力通信系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面扮演了極其重要的角色，但是從某一個(gè)角度分析，在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中還需加以分析與解決，多角度的進(jìn)行探究，如此才能真正推動(dòng)電力系統(tǒng)的有序發(fā)展。