通信業(yè)的量子時(shí)代

甘學(xué)斌

（公誠(chéng)管理咨詢有限公司，廣州 510630）

量子通信是一種綜合性較強(qiáng)的新型學(xué)科，是通信信息學(xué)與量子力學(xué)相碰撞的結(jié)晶。這種通信技術(shù)由量子密布編碼、量子暗碼通訊技術(shù)和量子遠(yuǎn)程傳態(tài)技術(shù)組成，它突破了傳統(tǒng)信息傳輸過程中加密方法的束縛，理論上確保數(shù)據(jù)傳輸過程中“絕對(duì)安全”，這是現(xiàn)代通信技術(shù)的又一項(xiàng)偉大突破。在現(xiàn)實(shí)生活中，量子通信已經(jīng)慢慢滲透到人民的各方面，引起了世界各國(guó)廣泛關(guān)注和高度重視。我國(guó)抓住了時(shí)代發(fā)展的機(jī)遇，大力研究通信量子產(chǎn)業(yè)，雖然研發(fā)起步較晚，但在關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破，成為世界上量子通信的領(lǐng)跑者。同時(shí)，量子通信作為一種新型科學(xué)技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化的普及仍然漫長(zhǎng)。

1 量子通信發(fā)展歷程

物理界中最小的單元就是量子，而我們所處的這個(gè)世界也可以說是由量子構(gòu)成的。量子通信的原理就是基于量子疊加和量子糾纏特征，以量子態(tài)作為信息傳輸載體。其實(shí)現(xiàn)的過程類似兩個(gè)人的心靈感應(yīng)，無(wú)論兩個(gè)粒子形態(tài)的量子相距多遠(yuǎn)，也能夠互相影響對(duì)方。當(dāng)一個(gè)粒子接受到另一個(gè)粒子發(fā)出的信號(hào)，兩者產(chǎn)生“精神”交互，而本身“軀體”所處位置、當(dāng)下狀態(tài)并沒有改變，這種現(xiàn)象被稱為量子的糾纏特性。因此，相關(guān)研究人員正是利用了量子獨(dú)特的性質(zhì)進(jìn)而開發(fā)出量子通信技術(shù)，使遠(yuǎn)距離的兩種粒子產(chǎn)生產(chǎn)生信息傳遞的交互共鳴。相對(duì)來說，這種數(shù)據(jù)傳輸方式比傳統(tǒng)信息傳遞更加安全可靠。

2 量子通信發(fā)展現(xiàn)狀

蒸汽機(jī)的發(fā)明引發(fā)了一次世界革命，而量子態(tài)的通信應(yīng)用，也必將打破傳統(tǒng)通信現(xiàn)狀。相比來說，量子通信更具有獨(dú)特的一面。其具有傳輸高效率、傳輸數(shù)據(jù)量龐大、信息防護(hù)性高、更加安全等特點(diǎn)，在通信行業(yè)大放光彩。目前，量子通信技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)方面，如航空航天、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域，這種技術(shù)無(wú)論在性能和用途方面，都是傳統(tǒng)通信技術(shù)不可比擬的。隨著技術(shù)的不斷成熟，量子通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)化不久便會(huì)普及，屆時(shí)量子通信需求原料、服務(wù)項(xiàng)目等，必將受到國(guó)際熱議。因此，世界各國(guó)開始了量子通信技術(shù)的研發(fā)競(jìng)賽，以求實(shí)現(xiàn)最大化商業(yè)價(jià)值，為國(guó)家安全防護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。

3 量子通信技術(shù)發(fā)展所面臨的問題

3.1 通信保密性不高

從理論來講，量子通信技術(shù)依據(jù)量子糾纏特性可以實(shí)現(xiàn)傳輸信息安全。但從實(shí)際情況出發(fā)，量子通信技術(shù)仍達(dá)不到傳輸信息絕對(duì)安全。這需要從量子通信技術(shù)的細(xì)節(jié)思考，量子之間的信息交互需要借助外界設(shè)備，如接收機(jī)、信號(hào)節(jié)點(diǎn)等，這些載體元件很難與數(shù)學(xué)模型中系統(tǒng)理論相契合。這樣直接決定了量子通信技術(shù)的嚴(yán)重漏洞，如果被不法分子加以利用，可能會(huì)對(duì)信息的傳遞造成監(jiān)視。另一方面，量子通信不能做到自主進(jìn)行，需要專業(yè)人士進(jìn)行操控，由于第三方人員的介入，仍會(huì)導(dǎo)致傳輸信息的泄露。量子通信是根據(jù)密鑰來變換密碼，若傳輸過程中受到攔截，密鑰會(huì)發(fā)生變化致使攔截失敗，確保數(shù)據(jù)安全傳輸。但這種量子密鑰會(huì)受到光源等外物的干擾和影響，進(jìn)而對(duì)量子通信產(chǎn)生不良效果。

3.2 成本高，使用環(huán)境有限

當(dāng)下，量子通信技術(shù)的面向?qū)ο笫菄?guó)家科研、國(guó)防、航天等領(lǐng)域，所覆蓋的范圍仍舊局限，不能夠進(jìn)行大規(guī)模開展。這種形式表明量子通信技術(shù)分散性很高，進(jìn)而增加了量子通信的建設(shè)成本。然而，量子通信技術(shù)的傳輸需要兩條介質(zhì)，其一是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，其二是量子密鑰，這種傳輸方式必然對(duì)量子通信建設(shè)成本造成一定影響。對(duì)于這種新興科技，國(guó)內(nèi)許多開發(fā)商一直處于觀望角度，并沒有投入大量資金進(jìn)行傳統(tǒng)通信技術(shù)改造升級(jí)，這也成為量子通信技術(shù)普及的重要障礙。另一方面，量子通信的傳輸對(duì)傳輸載體要求較為苛刻。若雙方傳輸距離較遠(yuǎn)，則需要借助中轉(zhuǎn)站或者衛(wèi)星基站來實(shí)現(xiàn)。普通的人工智能手機(jī)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一要求，而傳輸所需要的光學(xué)元件生產(chǎn)成本較高，所需精度嚴(yán)格，這些情況進(jìn)一步限制了量子通信技術(shù)的發(fā)展。

3.3 技術(shù)方面的成熟度不高

經(jīng)過多年的研究進(jìn)步，量子作為新型傳輸技術(shù)正是未來通信業(yè)前進(jìn)、發(fā)展的方向。作為世界上安全性最高的傳輸線路，具有傳統(tǒng)通信不可媲美的獨(dú)立特性。在當(dāng)今技術(shù)下，量子通信的關(guān)鍵技術(shù)仍舊不成熟，傳輸細(xì)節(jié)不夠完善、市場(chǎng)規(guī)模較為分散。但是，這種新型通信技術(shù)仍舊保持著世界領(lǐng)頭羊的位置。所謂存在不足就有巨大的發(fā)展空間，在不久的將來，量子通信會(huì)做到信息傳輸?shù)慕^對(duì)安全。從目前的研究結(jié)果來看，量子通信采取了QKD光纖傳輸系統(tǒng)，這種系統(tǒng)并不完全與量子傳輸條件相匹配，進(jìn)而出現(xiàn)了一系列的問題。這種系統(tǒng)無(wú)法滿足量子密鑰的“一次一密”特性，原因在于該系統(tǒng)的傳輸安全碼達(dá)不到量子傳輸需求，大大的限制了數(shù)據(jù)傳遞。所以，要想實(shí)現(xiàn)量子通信傳遞的絕對(duì)安全仍需要在單光子的發(fā)送和QKD系統(tǒng)的制定協(xié)議上加以改進(jìn)，使得量子糾纏和量子存儲(chǔ)特性全面發(fā)揮作用。

3.4 對(duì)量子通信的標(biāo)準(zhǔn)化研究難有突破性進(jìn)展

量子通信技術(shù)早在20世紀(jì)90年代就被提出，近幾年才取得突破性發(fā)展得以大放異彩。這是新時(shí)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶，究其技術(shù)復(fù)雜，協(xié)議制定要求嚴(yán)格，建設(shè)成本較高，難以形成量子通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化普及。同時(shí)，量子通信是一種綜合性較強(qiáng)的項(xiàng)目，其中容納了數(shù)學(xué)、物理、電子、互聯(lián)網(wǎng)等一系列相關(guān)知識(shí)，給有關(guān)人員增加了許多開發(fā)難度。如今，多數(shù)公司了解量子通信的發(fā)展?jié)摿?，但仍處于觀望狀態(tài)。且各個(gè)公司掌握的資料相對(duì)保密，彼此這件聯(lián)系并不廣泛，這也大大限制了該技術(shù)的推行與普及。

4 量子通信未來趨勢(shì)

4.1 量子通信技術(shù)發(fā)展前景

前文著重分析了量子通信技術(shù)的傳輸原理、發(fā)展歷程及其該技術(shù)所面臨的一系列問題。不難看出，如果克服有關(guān)難題，量子通信技術(shù)必將在不久的將來大放光彩，勢(shì)必引起人民的巨大響應(yīng)。立足當(dāng)下，我們應(yīng)該對(duì)量子通信有所規(guī)劃：

首先，航空航天等軍事領(lǐng)域發(fā)展空間較為廣泛。眾所周知，軍事是確保一個(gè)國(guó)家的安全前提，量子通信技術(shù)的高強(qiáng)度安全性直接決定了其應(yīng)用價(jià)值。這種價(jià)值已經(jīng)被社會(huì)所認(rèn)同，未來必將會(huì)大批量、大范圍的應(yīng)用到軍事領(lǐng)域中，確保國(guó)家機(jī)密信息安全可靠。大力發(fā)展航空航天等科學(xué)技術(shù)，量子通信具有信息跨區(qū)域傳遞的準(zhǔn)確性和快速性，防止信息傳遞過程中被不法分子竊聽、盜取。根據(jù)量子通信技術(shù)的獨(dú)特性質(zhì)，可以斷定不久的將來這種新型技術(shù)必定會(huì)在航空航天等軍事領(lǐng)域取得重大突破。

其次，國(guó)家信息的存儲(chǔ)需要量子通信技術(shù)保駕護(hù)航。國(guó)家信息涉及到一個(gè)國(guó)家的安危，高機(jī)密的信息存儲(chǔ)不僅需要高強(qiáng)度的安全性，還需要大容量的存儲(chǔ)空間。量子信息庫(kù)可以滿足這一系列要求，并設(shè)置“一次一密”的密鑰。若有外物想要修改這種狀態(tài)，量子就會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生新的密鑰，從而保障國(guó)家信息存儲(chǔ)的安全。

最后，量子通信與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)當(dāng)相輔相成?，F(xiàn)如今，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度遠(yuǎn)超量子技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等新型互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生，搭建了全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。而大數(shù)據(jù)所含的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)需要一種快速、準(zhǔn)確檢索的傳輸介質(zhì)，特別適合量子通信技術(shù)的一大特性。

4.2 量子通信產(chǎn)業(yè)化建議

（1）制度化保障

首先是投入大量資金。量子通信產(chǎn)業(yè)化的普及需要大量資金的投入，對(duì)量子技術(shù)所涉及到的光學(xué)器件進(jìn)行高精度要求，對(duì)有關(guān)物理元件進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)制定，進(jìn)一步降低量子通信過程中不穩(wěn)定因素發(fā)生概率，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

其次是完善稅收激勵(lì)政策。針對(duì)量子通信技術(shù)企業(yè)實(shí)施稅收減免或優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)量子通信企業(yè)積極從事量子通信技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用推廣工作，研究制定鼓勵(lì)金融機(jī)構(gòu)對(duì)量子通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)投資的稅收支持政策。

最后是加快標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。量子通信技術(shù)的發(fā)展參差不齊，各國(guó)有各國(guó)的發(fā)展目標(biāo)及其動(dòng)向。一套完整的體系建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)直接影響相關(guān)人員發(fā)展動(dòng)向，從而與各個(gè)企業(yè)開展合作交流，從而大力推進(jìn)量子通信產(chǎn)業(yè)普及。

（2）促進(jìn)規(guī)?；l(fā)展

一是建立量子通信技術(shù)研究所。在北京、武漢等地設(shè)立有關(guān)技術(shù)研究所，鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)以及學(xué)校進(jìn)行量子通信技術(shù)的研發(fā)。

二是搭建相關(guān)平臺(tái)。設(shè)置量子通信獎(jiǎng)項(xiàng)，鼓勵(lì)企業(yè)、學(xué)校、個(gè)人從事量子通信技術(shù)研究，大力推動(dòng)量子技術(shù)發(fā)展。構(gòu)建交流學(xué)習(xí)平臺(tái)，供有關(guān)人士進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究，實(shí)現(xiàn)良好的合作交流，不斷提升自身素養(yǎng)。

三是推動(dòng)量子通信技術(shù)試點(diǎn)示范工程。在量子通信技術(shù)發(fā)展較好的省份，選取金融、政務(wù)等重點(diǎn)領(lǐng)域開展量子通信技術(shù)試點(diǎn)工作，推動(dòng)量子通信技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，起到帶頭示范作用。

（3）強(qiáng)化國(guó)際合作

一是推進(jìn)國(guó)際合作交流。每個(gè)國(guó)家都有研發(fā)的技術(shù)強(qiáng)項(xiàng)，搭建一個(gè)良好的合作交流平臺(tái)可以推進(jìn)量子通信技術(shù)健康發(fā)展，也能夠制定一套完整的量子通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，讓量子通信技術(shù)更好的造福人類。

二是引進(jìn)人才。國(guó)家應(yīng)制定相關(guān)的法律政策，對(duì)人才需要廣泛吸收、破格錄用。鼓勵(lì)國(guó)外企業(yè)及其科研機(jī)構(gòu)在我國(guó)設(shè)立研發(fā)站點(diǎn)。

三是建立人才互訪機(jī)制。建立人員互訪機(jī)制，定期選派優(yōu)秀人才赴國(guó)外進(jìn)修和培訓(xùn)，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

立足當(dāng)前，雖然量子通信技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模分散，且存在著眾多問題。但是展望未來，量子通信將不只是一種全新的加密通信手段，而且將是新一代信息網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)，將成為越來越普遍的電子服務(wù)的安全基石。，隨著在軍事、企業(yè)、高校等積極推廣，公司將進(jìn)一步擴(kuò)大量子保密網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)量子通信產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，實(shí)現(xiàn)量子通信產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，量子通信將對(duì)我國(guó)的國(guó)家利益的保障和國(guó)際地位提升會(huì)發(fā)揮不可估量的重要作用。