量子通信论文范例6篇
更新时间：2022-10-10 02:21:19
量子通信论文范文1
[关键词]量子计算 量子通信 通信效率 安全通信
中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0128-01
引言
随着科学技术的飞速发展，量子信息学逐渐得到人们的关注与重视，在近代物理学、计算机科学等领域都有所涉及。通过量子力学的基础，不断的发展与延伸。量子信息学，是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面。我们在这里，着重的了解一些量子通信。
一、 量子通信协议概念
1，量子通信协议定义
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。其中隐形传送是指脱离实物的一种“完全”的信息传送。可以想象：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。实际上是一种对于通信地保密性的传输。是一种在理论上可以保证通信绝对安全的一种通信方式。由于量子力学中的不确定性原理，是不允许精确地提取原物的全部信息，因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。
2，量子通信与光通信的区别
量子通信与光通信的区别，在于在通信中用的光的强度是不同的。光通信一般采用是强光，包括无线电、微波、光缆、电缆等具体形式。通过偏振或相位等的调制方式来实现。量子通信讨论的是光子级别的很弱的光，通过对光子态的调制，但是主要利用了光子的特性，量子态不可克隆原理和海森堡不确定性关系。这也是区别于光通信的重点。
二、量子通信基本方式
量子通信在量子力学原理的基础上，通过量子态编码和携带信息进行加工处理，将信息进行传递。只要包括：量子隐形传态、量子密钥分发等，下面主要介绍这两个组成部分：
1，量子隐形传态
量子隐形传态，又称量子遥传、量子隐形传输。经由经典通道和EPR 通道传送未知量子态。利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。它传输是量子态携带的量子信息。想要实现量子隐形传态，要求接收方和发送方拥有一对共享的EPR对，即BELL态（贝尔态）。发送方对他的一半EPR对与发送的信息所在的粒子进行结合，而接收方所有的另一半EPR对将在瞬间坍缩为另一状态。根据这条信息，接收方对自己所拥有的另一半EPR对做相应幺正变换即可恢复原本信息。到乙地，根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。量子隐形传态大致可以这样描述：准备一对纠缠光子对，一个光子发送给有原始量子态（即第三个光子）的甲方，另一个光子发送给要复制第三光子的量子态的乙方。甲方让收到的一个光子与第三光子相互干涉（“再纠缠”），再随机选取偏振片的方向测量干涉的结果，将测量方向与结果通过普通信道告诉乙方；乙方据此选择相应的测量方向测量他收到的光子，就能使该光子处于第三光子的量子态。
量子隐形传态作为量子通信中最简单的一种，是实现全球量子通信网络的可行性的前提研究。它的存在与应用，可以完全的保证用户的信息安全，通信保密，同时如果出现有人窃听的现象，将会及时的进行信息的改变，保证内容的“独一无二”。
2，量子密钥分发
量子密钥分发以量子物理与信息学为基础，是量子密码研究方向中不可缺少的重要部分。被认为是安全性最高的加密方式，实现绝对安全的密码体制。当然这只是理论上的内容，在现实生活中还是有一定的差距。只是理论上具有无条件的安全性。1969年提出用量子力学的理论知识进行加密信息处理。到了1984年，第一次提出量子密钥分发协议，即BB84协议。随后又提出B92协议。2007年，中国科学技术大学院士潘建伟小组在国际上首次实现百公里量级的诱骗态量子密钥分发，解决了非理想单光子源带来的安全漏洞。后又与美国斯坦福大学联合开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器――基于周期极化铌酸锂波导的上转换探测器。解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患。保证了非理想光源系统的安全性。生成量子密钥大致为：准备一批纠缠光子对，一个光子发送给发信方，另一个光子发送给收信方。测量光子极化方向的偏振片的方位约定好两种。两人每次测量一个光子时选择的方向都是随机的，但要记录下每次选择的方向，当然也要记录下每次测量的结果，有光子通过偏振片就记1，无光子通过则记0。通过普通信道两人交换测量方向的记录，那些测量方向不一致的测量结果的记录都舍去不要，剩下的那些测量方向相同所对应的测量结果，两人应一致，这一致的记录就可作为两人共同的密钥。
总结
经典通信较光量子通信相比，量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性。具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。逐渐走进人们的日常生活。为了让量子通信从理论走到现实，从上世纪90年代开始，国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会和国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科学技术大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。
参考文献
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量子通信论文范文2
关键词：量子通信；量子纠缠；滑动窗口
中图分类号： TN915.04文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）03-0004-04
0引言
近几年来，随着人们对于网络信息传输质量的要求越来越高，并且各种应用的增加导致整个网络信息量增大，亟需有效提高网络的服务质量。基于量子纠缠态理论，在数据链路层对通信协议进行分析，得到停等协议和选择重传量子通信协议，可以明显减少信息在链路中的传输时延，有效提高信息在链路中的传输速率[12]。但是，选择自动重传协议对于每一个发送的数据帧都要求进行应答，一定程度上加重了通信负担；滑动窗口协议只要求对于一定量的数据帧发送一个应答即可，将有效简化通信过程。因此，研究基于量子纠缠态的滑动窗口通信协议具有一定的意义。本文利用量子理论中量子纠缠态，提出一种基于数据链路层的滑动窗口量子通信协议，并对该协议进行分析。
1量子纠缠态
量子信息学是近20多年来由量子理论、信息科学以及计算机科学相结合起来的新型学科[3]，主要利用量子态的特性，探索以全新的方式对信息进行存储、计算、编码和传输的可能性[45]。量子纠缠态是量子光学和量子信息学领域中的一个重要概念，量子态的纠缠是量子信息工程中的重要资源，并广泛应用于量子通信和量子计算的理论研究中[67]。量子纠缠现象最先是由（einsteinpodolskyrosen，EPR）发现的量子力学的特殊现象，对于2个或多个量子系统之间的非定域、非经典的关联性描述，是量子系统内各个子系统或各自由度之间关联的力学属性。那么，量子纠缠态是实现信息高速传输的不可破译通信的理论基础[4]。由量子纠缠交换实现量子远程通信，表明量子状态的转移是瞬间实现的，极大缩短了通信时间。
2滑动窗口通信协议
滑动窗口协议是基于数据链路层允许多个数据帧同时进行信息传输以此来提高传输效率而提出的[8]。对于每一个数据帧用一定位数的二进制标识，并限定每个窗口的最大传输的数据帧数。同时，分别在发送方设置发送窗口，接收方设置相应的接收窗口；接收方不必对每一个数据帧进行应答，只需对这个窗口的最后一个数据帧进行应答，表示整个窗口的所有数据帧接收正确，之后接收下一个窗口的数据。对于当产生错误或者丢失一个、多个数据帧时，需要重传这个窗口的所有数据帧。
对于滑动窗口协议，假如待传送的数据帧为m个，每个滑动窗口最多N个数据帧，且每个数据帧在传输的过程中出错和丢失的概率为p。假定每个数据帧的发送时延为ta，数据帧沿发送链路从发送端到接收端的传输时延为tp，接收端接收到数据帧的所用的处理时延为tpr，接收端发送确认帧的发送时延为tb，确认帧在链路中的传输时延为tp，假设发送端的处理时延也同为tpr。由于数据帧的传输过程中是连续发送，则存在数据帧之间传输时间的重叠。即设时间重叠的系数为β，则0≤β
也就是说，如果出错或丢失的数据帧越多，则滑动窗口量子通信协议将越有效；并且在无差错信息传输中滑动窗口量子通信协议也将比选择连续重传量子通信协议更好。可得出：在单一一个窗口的出错或丢失需要重传的数据帧的概率为p1=y/x，那么对于所有的数据帧有：当p1>c+1xt4+t5（t4+t5）x-1时，滑动窗口量子通信协议比选择连续重传量子通信协议更优。因此，滑动窗口量子通信协议在远程通信和通信信道较差、出错率很高以及传输时延很高的情况下具有更明显的优势。
4结论
利用量子力学中的量子纠缠态，提出了一种基于数据链路层的滑动窗口量子通信协议。该协议在链路的空闲时段通过量子纠缠态的分发建立量子信道，信息的发送通过经典信道进行传输，而后通过量子信道进行反馈确认信息来完成。由于确认量子信息传输的瞬时性，可有效减少信息的传输时间，提高了链路的吞吐量。通过与选择连续重传量子通信协议对比，滑动窗口量子通信协议在十分严峻的环境和远程通信中能够更好地提高信息的传输效率，特别是在卫星通信方面将有更大作用。但是对于所需要重传的数据帧是整个窗口的所有数据帧进行重传，但是整个窗口的所有数据帧并不是全部都出错或丢失需要重传，有的数据帧是完整接收依然被丢弃重传，造成了一些不必要的数据帧的传输，信道的利用率下降。如果能够对于滑动窗口量子通信协议中需要重传的数据帧进行选择性重传将是更有效的解决方案。参考文献：
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量子通信论文范文3
【关键词】 量子通信技术 发展现状 趋势 研究
近年来量子通信在各类学术会议或期刊中频频出现，作为一个古老而又新鲜的话题，电视等各种媒体中经常出现各种关于量子通信技术重大突破的报道。在国家技术规划中，“量子调控研究”被列为重大基础科学研究计划之一，在20-30年后预计量子技术将会给人类社会带来巨大影响。量子通信技术的重要性，要求我们必须予以其关注。首先，我们应该对量子通信技术的发展现状有一定了解。
一、量子通信技术的发展现状
在量子通信的概念上，不同的角度对其有不同的表述。总体来说，量子通信是一种新型的通信方式，是量子力学和通信科学的综合产物，它通过对量子纠缠效应的利用来传递信息。量子通信的基本思想主要包括两部分，一为量子密钥分发，二为量子态隐形传输。通过量子密钥分发可以对安全的通信密码加以建立，在一次一次的加密方式下，点对点方式的安全经典通信便得以实现，且这种安全性已经被数学严格证明，是迄今为止经典通信仍然做不到的。百公里量级的量子密钥分发，目前的量子密钥分发技术能够轻松完成的，在光开关等技术辅佐下量子密钥分发技术还可以实现量子密钥分发网络。量子态隐形传输是一种物理载体，能促使量子态（量子信息） 的空间转移的同时又不移动量子态的实现，类似于将从一个信封内将密封信件内容转移到另一个信封内且信息载体自身并不会被移动，这种经典通信中无法想象的事是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量完成的。量子中继器这种以量子态隐形传输技术和量子存储技术为基础的技术可以促使任意远距离量子密钥分发及网络的实现。
量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰・贝尔于1964年提出贝尔理论，，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989年第一次演示成功量子密钥传输，1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利蔡林格小组在室内首次完成，2004年，该小组又将量子态隐形传输距离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16 公里的自由空间量子信道，于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。
二、量子通信技术的发展趋势
量子通信技术的研究方向除了包括量子隐形传态还包括量子安全直接通信等，突破了现有信息技术，引起了学术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比，量子通信除具有超强抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助；与此同时量子通信的密码被破译的可能性几乎没有，具有较强的保密性；另外，量子通信几乎不存在线路时延，传输速度很快。量子通信发展仅仅经历了20年左右，但其发展却十分迅猛，目前已经被很多国家和军方给予高度关注。
量子通信在国防和军事上具有广阔的应用前景，作为量子技术的最大特征，量子技术的安全性是传统加密通信所无可企及的。量子通信技术的超强保密性，能够有效保证己方军事密件和军事行动不被敌方破译及侦析，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法上，也许现有计算机可能需要好几万年的时间，在现实中是完全无法接受且几乎没有实用价值的。但量子计算机却能在几分钟内将加密算法破解，如果未来这种技术被投入实用，传统的数学密码体制将处于危险之中，而量子通信技术则能能够抵御这种破解和威胁。此外，在民间通信领域量子通信技术的应用前景也同样广阔。中国科技大学在2009年对界上首个5 节点的全通型量子通信网络进行组建后，使得实时语音量子保密通信被首次实现，城市范围的安全量子通信网络在这种“城域量子通信网络”基础上成为了现实。
各国正是瞅准了量子通信技术的无限应用前景，纷纷加大对量子通信技术方面的投入力度。在未来的量子通信技术还应注意一些关键性的问题，如单光子源成本的降低、通信传输距离的加大以及检测概率的增强等，都仍需要进一步的研究。
参考文献
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量子通信论文范文4
1 量子信息学和量子信息处理技术
1946年第一台数字电子计算机问世，1971年第一块计算机硅芯片诞生。此后芯片集成度遵循摩尔定律成指数增长，到今天，芯片的能耗问题已凸显，而其尺寸不久将达到原子分子量级，根据量子物理理论，这一微观领域内，电子将呈现出波粒二象性，量子干涉效应会导致芯片功能不再稳定[1]。这是研究量子计算机的直接动力。
研究量子计算机离不开对量子算法的研究，量子算法的研究成果反过来又激励人们对量子计算机的热情。量子计算机和量子算法是量子信息处理技术的一个重要组成部分。
量子力学原理促成量子密码、量子隐形传态和量子通信、量子签名等理论和技术的发展，后者是量子信息处理技术的又一重要组成部分。
今天的量子信息处理技术还囊括了量子纠错编码、量子密集编码、量子图像处理等领域，形成了量子信息学。
量子信息处理技术的直接目标是设计和实现量子计算机和量子通信网络。
量子计算机的优势之一是计算能力强[2]，利用芯片内的量子态的线性叠加性完成指数级的并行计算，可结束摩尔定律的历史。NP(非确定性多项式)计算难题是传统计算机无法应对的，量子计算机可将众多此类问题转化为P(多项式)问题解决，征服了数学难题，也动摇了传统密码系统安全性的理论基础;在对非结构化数据库的进行搜索时，如果运行全新的量子搜索算法，转眼可从海量的数据库中找出精确的信息。其第二个优势是可以建立量子模拟与仿真系统，用于武器、飞机仿真测试和模拟核试验。1982年，R.P.Feymann提出一个猜想，认为量子计算机具有模拟任何局域量子系统的能力，1996年希斯·罗埃德证明了这一猜想[3][4]。第三个优势是可用于实现计算机视觉。
量子通信网络因高安全性及多端计算的特点成为下一代通信网络的重要发展方向。
未来量子信息学可对网络、检索、建模、预报、调度，尤其是密码破译等信息安全领域造成强烈影响。
2 量子计算和量子算法
2.1 传统加密算法
基于计算安全性的现代密码学是各国金融和国防等领域的基石，也是保障网络信息安全的核心。密码算法是保证信息机密性的最有效途径。保密通信、密级存储、身份鉴别及数据完整性等信息安全技术均依赖于现代密码学理论。
传统加密算法分为对称加密算法和公钥加密算法。对称加密算法运算快，典型代表有的DES、AES和IDEA等。算法较复杂的RSA(基于大整数分解困难性问题)、NTRU(基于高维格中寻找最短向量困难性问题)、ElGamal(基于离散对数问题)、椭圆曲线(基于椭圆曲线离散对数问题)和MH背包密码系统是公钥密码体系的代表。
1977年发明的公开密钥加密算法RSA，是第一个也是对信息安全贡献最大的公钥密码算法[5]。
RSA密钥对生成过程：
①选取两个保密的不同的大素数p、q，计算乘积
n=p×q
和欧拉乘积
φ(n)= (p-1)×(q-1)
②随机选取一个与欧拉乘积φ(n)互质的较大的数e，(e，n)就是加密公钥，通过e和φ(n)得到
de-1modφ(n)
(d，n)即为解密私钥。
加密过程：
①发送者将明文M分段，使其每个分段mi的长度小于log2n。
②对每个明文的分段mi做加密运算，并合并得到密文
C=c1c2…ct
其中
cimie mod n (1?燮I?燮t)
密文C发送给接收者。
解密过程：
接收者收到密文C，将其分段得
C=c1c2…ct
利用仅接收者拥有的私钥来计算明文
M=m1m2…mt
其中
micid mod n (1?燮I?燮t)
大数因子分解相对传统电子计算机而言是难解的，这一计算复杂性理论是现代密码学的基础[6]136。RSA算法的运算复杂度为O(n3)。有人计算过，如果对一个60位的正整数进行因子分解，最快的超级电子计算机也要耗时若干亿年[2]。
1996年J.Hoffstein，J.Pipher，J.H.Silverman提出基于多项式环的“NTRU”公钥加密体制，运算复杂度为O(n2)，比RSA高效且防攻击性好，有人预测，只有拥有强大并行计算能力的量子计算机可能攻破它[6]113-116。
2.2 量子算法攻击技术
相对于量子计算机的计算能力，某些曾经的难题不再难。量子计算机具有强大攻击潜能。量子攻击分为两类[7]：量子物理攻击和量子算法攻击。其中物理攻击技术尚不成熟;算法攻击方面成果颇丰，最著名的有Shor算法攻击和Grover算法攻击。
2.2.1 Shor算法攻击
主要针对公钥密码体制。
1994年，美国学者Peter Shor提出了一种量子算法，以“量子计算可破解离散对数、大整数因子分解难题” 为理论基础，是一个超越传统的高效算法[8，9]。该算法将大数因子分解问题变换为求一个指数函数周期的问题，经过快速的量子傅里叶变换计算，求周期仅需多项式步骤即可得解。
Shor算法(秀尔算法，大整数质因子分解的量子多项式算法)：
已知：N是两个大素数n1和n2的乘积。求：n1和n2。
①随机选取一个比N小的正整数a，计算a和N的最大公因子gcd(a，N)。判断：若
gcd(a，N)>1
则已成功找到一个因子gcd(a，N)，输出
n1=gcd(a，N)
进入第4步;否则进入第2步。
②定义f(x)=ax mod N，f(x)是一个周期函数。设周期为r，即
ax mod N=ax+r mod N
故有
ar=1 mod N
利用量子算法求r。判断和循环：若r是奇数，重新取a，重新求r，直到r为偶数为止。
③因为
(ar/2)2 -1=0 mod N
所以
(ar/2+1) (ar/2-1)=0 mod N
求出ar/2和N的最大公因子gcd(ar/2，N)，输出
n1=gcd(ar/2，N)
④输出
n2=N/n1
以上步骤中第二步必须靠量子计算机来完成，其他步骤可在传统计算机上进行[10]。对一个60位的数字进行因子分解，采用Shor算法只需一瞬间[2]。这就是量子计算对今天各国采用的主要密码体制和信息安全理论构成巨大威胁的直接原因。应当注意，此算法是个随机算法，即不保证每次都成功。
2.2.2 Grover算法攻击
主要针对对称加密算法和大容量数据库。
1995年，美国人Grover证明出：搜索一个未经整理、容量为N的数据库的时间复杂度，用量子图灵机为O(N1/2)，比用传统算法的时间复杂度O(N)要好，据此，Grover设计出了一个基于量子态并行计算特性的量子快速搜索算法[8，11，12，13]。Grover算法极大降低了计算的复杂度，使传统计算机要用百年时间才能完成的破译DES密码的任务在几分钟内即完成，还可用来探索、搜索最值和均值，这些理论已通过光学系统、核磁共振(NMR)等实验方案验证[14]。与Shor算法一样，Grover算法也是一种随机算法。
受到以上算法的启迪，许多经优化而提高了成功率的量子攻击算法被先后设计出来。
2.3 抗量子算法攻击的密码体制
寻找防范量子算法攻击的抗量子密码体制成了信息安全领域紧迫的课题。可以遵循以下几条思路：
一是采用与数学难题无关的密码体制。量子算法攻击一些数学难题的计算能力强大，然而量子密码、DNA密码等新型密码不以数学难题为基础，量子算法攻击对此将无能为力[15]。
二是采用能防范量子计算攻击的数学难题有关的密码体制[10]。量子计算不是万能的，目前尚未证明量子计算机可以破解所有已知的数学难题，因此不排除用“与离散对数问题、大数分解问题无关的算法”来构造防范量子攻击密码体制的可行性，这方面的成果有：基于纠错编码问题由Robert McEliece发明的McEliece密码体制(M公钥)和由Niederreiter创造的代数码公钥密码体制(N公钥)[16，17]。
3 量子密码、量子隐形传态与量子通信、量子签名
量子密码、量子隐形传态与量子通信、量子签名是量子信息学的又一重要领域。
科学家推测将量子态作为信息加解密的密钥具有的无法窃听和破译的独特性，利用这种密码实现保密通信网络，必会提高通信技术的安全程度，可以规避当今众多信息拦截者的攻击[7]。
未来的量子通信网络可基于卫星或基于光纤组网，具有无条件安全性、多端计算的优点，利用“点到点”量子密钥分发装置可组建一个跨全球的量子保密通信网络。
量子保密通信网络的未来趋向[18]：一是出现技术井喷并实现各种技术融合，量子交换机、量子路由器、不同结构的量子密钥分配(QKD)网络逐渐出现;二是向层次化、标准化方向发展，实现互联互通;三是采用中继技术突破传输距离的局限，扩展延伸量子保密通信网络，形成广域网络;四是密钥长度数量逐渐增长，传输速率亦逐渐提高。
1984年，第一个可实现安全秘密通信的量子密钥协议BB84协议被提出来，解决了密钥分配这一带根本性的问题，5年以后IBM根据这个协议成功进行了第一次传输量子密钥的演示性实验。目前还有BBM92、B92和EPR等量子密钥分发协议[19][20]，其安全性都基于Werner Heisenberg线性叠加(测不准)原理和单量子无法克隆的理论。
量子密码还可用在量子数字签名、投票、认证等方面，国内外一些关于量子签名的仲裁协议方案已经相继被提出来[7]。
量子密码学的另一实现手段是利用量子隐形传态原理进行远距离的中继转发。
4 量子信息学的挑战和进展
4.1 挑战
首先，需要解决量子脱散现象(消相干)的问题[21]，生成稳定的量子位是设计量子计算机的关键问题。从简单量子逻辑门到形成量子逻辑门网络仍有很长一段路要走[22]。其次，原子难以保持稳定，观察很困难。观察原子的同时破坏了观察前的不确定状态，致使实验价值大打折扣。量子纠错方案仍有待分析和改进。再次，编制算法进行一定数目的量子运算、量子传输技术、单光子源技术同样困难。此外，研发量子计算相关的各种器件，统一各类接口的标准，制定量子保密通信网络的各类协议规范，更需要长久的研究实践来解决。
以上挑战表明，量子信息学短期内还不会对现有信息安全体系造成实质性改变。
4.2 进展
4.2.1 理论方面的进展
Shor提出的量子纠错思想等量子纠错理论在解决脱散问题方面取得了根本性的突破。受到Shor算法启发，科学家们发明了更多量子并行快速算法，量子复杂性理论随之产生[21]。NMR等技术可以扩展量子位(昆比特qubit)信息，获得间接测量的效果，并可在相位一致中分析错误并修正，使量子计算系统稳定可靠。通过量子点操纵、冷阱束缚离子(ion trap)、NMR、腔量子电动力学(QED)和高温超导约瑟夫森结等[23]技术方案，可成功推进量子计算实验计划。2002年，美国政府制定的量子信息科技发展规划提出了光量子计算等八个技术方向[24]。
4.2.2 实践方面的进展
2000年，IBM宣布7量子位量子计算机研制成功，用一步计算完成了传统计算机需多次循环才能解决的数学题。2010年英、日、荷、以色列等合作制成了一款芯片，可进行量子计算。2011年加拿大了一款能处理经过优化的特定任务的量子计算机。2012年维也纳造出隐秘量子计算机。
中国1995年通过实验展演了BB84协议，2004年建成世界首个实用光纤量子密码网络[25]，2007年造出量子路由器[26]、实现量子搜索算法和Shor量子分解算法[10]，2009年建成世界首个光量子电话网，2010年实现16千米距离自由空间量子隐形传态[27]，2011年提高至约100千米，向全球量子保密通信网络的建立迈出重要一步[28]。
5 结束语
量子信息学是一柄双刃剑，给信息安全相关领域带来了前所未有的影响。
量子信息处理技术可解决许多数学难题，同时也使得传统信息安全理论危机重重。量子计算机、量子通信网络等量子信息处理技术如果使用得当，则传统互联网、电话网、国防通信网等设施都将迎来一次飞跃，人类将向未来信息社会前进一大步;而一旦被用于恶意攻击和破解安全密码，则银行、网络、军事、商业等信息安全有关的领域都将面临巨大威胁，信息安全领域的争斗或许会从目前的电子对抗进入到“量子对抗”的新阶段。 .
量子通信论文范文5
【关键词】量子通信技术；发展现状；未来趋势
The Development and Future Trend of Quantum Communication Technology in China
Fu Lu，Li Chun-zhi，Liu Wei
（Force Communication DepartmentDalianLiaoning116100）
【Abstract】The quantum communication has the characteristics of super security， large channel capacity， super high communication speed and ultrahigh concealment. After 30 years of development， it has matured theoretically， and the technical scheme has gradually moved from the laboratory to the practical. Quantum communication technology has also achieved fruitful results.
【Key words】Quantum communication technology；Development status；Future trend
量子通信是利用量子纠缠效应改变量子态，从而实现信息传递的一种新型的通信方式，它是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。
1. 我国量子通信技术的发展现状
（1）中国的量子通信发展经历了4个阶段，从95年到2000年是学习研究阶段，95年首次实现了量子密钥分发实验，在2000年完成了单模光纤1.1Km的量子密钥分发实验；2001年到2005年中国经历了量子通信技术的快速发展阶段，先后实现了50Km和125Km的量子密钥分发实验；2006年到2010年进入了初步尝试阶段，分别实现了100Km的量子密钥分发实验和16Km的自由空间量子态隐形传输。先后在芜湖建成芜湖量子政务网和在合肥建成世界首个光量子电话网络 。2010年至今进入了大规模应用阶段。
（2） 2010年，在合肥建成首个城域量子通信实验示范网。具有46个节点的量子通信网覆盖合肥市主城区，使用光纤约1700公里，通过6个接入交换和集控站，连接40组“量子电话”用户和16组“量子视频”用户。主要用户为对信息安全要求较高的政府机关、金融机构、医疗机构、军工企业及科研院所等。
（3）2011年，研发出兼容经典激光通信的“星地量子通信系统”，实现了星地之间同时进行量子通信和经典激光通信。
（4）2012年，在北京建成金融信息量子通信验证网，该验证网实现了高保密性视频语音通信、实时文字交互和高速数据文件传输等应用。
（5）2014年，济南量子通信网实验网正式投入使用。包括三个集控站，56个用户节点。
（6）2016年，建立世界首条量子信息保密干线京沪干线。总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海，利用这一广域光纤量子通信网络，京沪两地的金融、政务等机构能进行保密通信，实现了城际量子通信。
（7）2016年8月，由中国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射，为建立全球的光量子通信网络奠定了坚实的基础。
（8）我国计划到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，建成联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网，到2030年建成全球化的广域量子通信网络。
目前，我国在量子密钥分发的实用化方面已跻身世界前列。最近几年，新技术突破不断涌现，自主研发的量子路由器、量子程控交换机及终端设备已能满足实用化要求。
2. 我国量子通信技术的未来趋势
量子通信技术的发展十分迅猛，在民用方面，已在部分城市建立了量子通信网；但是在军用方面，进入工程普及还需要3～5年时间。但从量子通信具备的优势来看，丝毫不能阻挡量子通信在未来军事上的大量应用。
（1）一是用于建立远程通信网。由于单光子在现在的硅光纤和陆上自由空间中的传输距离受到了限制，使量子通信的距离目前只有百余公里，无法实现全球范围意义上的量子通信。这一问题可以通过量子存储技术与量子纠缠交换和纯化技术的结合，做成量子中继器，突破光纤和陆上自由空间链路通信距离短的限制，延伸量子通信距离，实现真正意义上的全球量子通信。
（2）二是用于建立深海军事通信。岸潜通信，一直是困扰军事通信的一大难题。目前使用的甚长波通信系统，勉强能够达到与水下百米左右的潜艇的通信，但其系统非常庞大，仅天线就长达50千米以上，抗毁性差，通信效率极低，30分钟只能通几个字符，量子通信不同于传统的“波”通信，量子通信因其与传输媒介无关，不受海水影响，在同等条件下，获得可靠通信所需的信噪比比光、电等传统通信手段低30～40分贝左右，利用量子通信可以开发出有效的水下军事通信手段，为远洋深海安全通信开辟了一条崭新的途径。
量子通信论文范文6
关键词:量子通信；商业银行；量子密钥分发；应用前景
0引言
上世纪90年代，量子通信是以量子论和信息论为研究领域而发展起来的新型交叉学科，在较短的时间内迅速成为广大学者研究的热点，获得社会的广泛高度关注[1-2]。近年来，随着远距离量子通信获得较大突破，2016年，我国在甘肃酒泉成功发射了人类第一科量子通信卫星“墨子号”[3]，2017年，总长度超过2000公里的“京户干线”量子信息通道建成，量子通信技术已逐渐从理论阶段和实验阶段，开始走向实践应用和高速发展阶段。本文首先对量子通信技术进行简要介绍，其次详细分析量子通信技术在商业银行的应用前景，最后给出相应的对策建议。
1量子通信技术的介绍
1.1量子通信的概念
量子通信的理论概念是由美国科学家CharlesBennett于1993年在量子纠缠理论的基础上提出，量子通信是指利用单个光量子不可分割和量子不可克隆原理的奇特性质，以量子为载体（传输信道）进行数据传输，它是一种全新的绝对安全通信方式[4-5]。
1.2量子通信技术的优势
量子通信作为一种全新的通信方式具有以下特点：一是绝对安全，量子通信不依赖复杂的数学算法，而是采用量子密码学技术，以量子状态作为加密秘钥保障通信安全，如果通信过程中发生截获、修改或复制等操作均会导致量子状态发生改变，进而保障了数据传输具有不可窃听、不可复制的特性，打破了经典的传统加密方式的壁垒，真正实现“绝对安全传输”。二是高效率，由于量子叠加原理的存在，量子系统可以处在不同量子态的叠加态上，一个n维量子态可以包含2个态信息，而量子并行性提供的巨大处理能力，可以同时对2个信息进行数学运算，因此使用量子通信和量子计算相结合，可以是实现对n维量子态进行传输，使传输能力和传输效率显著提高[6]。三是较强的抗干扰力，量子通信是以量子为载体进行远距离通信，不会受到障碍物阻隔，具有穿越大气层的能力，同时，还具备线路零时延和无电磁辐射污染的优质特性，既可以大大提升传输速度，又能充分保障通信信道的环保。
1.3量子通信原理
1984年，CharlesBennett与GillesBrassard提出了著名的首个量子密钥分发协议（即bb84协议），为量子通信成为可能[4]。目前，量子通信一般分为以下两类，一类是采用直接通信方式的量子隐形传态（QuantumTeleportation，QT），它是利用量子的纠缠特性原理直接通过量子进行信息传递。A粒子和B粒子纠缠在一起，B粒子逐渐向远离A粒子的方向运动，然后通过技术手段使A粒子和另一个粒子C纠缠在一起，最后C粒子和B粒子将拥有同样的信息，通过这种方式可以将某一信息从甲地瞬间传输至乙地[7]。另一类是采用间接通信方式的量子密钥分发（QuantumKeyDistribution，QKD），它是以量子力学为基本原理，利用量子力学的海森堡不确定性原理和量子态不可克隆定理，建立一条经典通道（传统网络）和一条量子信道分别用于传输密文和产生秘钥，每一次新的信息传递，通信双方都会生成新的秘钥，通过一次一密的方式保障信息安全，同时还可以准确判断传输过程中是否发生窃听，真正实现了绝对安全可靠传输。目前，量子秘钥分发逐渐成为发展势头最猛、应用最广泛的通信方案。
2量子通信技术对商业银行的应用前景
量子通信技术具有通信效率高、安全性突出，保密性出色，在政府、通信、金融等国民经济领域或部门有较多的应用前景，这给具有客户众多、业务丰富、交易频繁、数据量巨大、安全要求高等特点的商业银行带来了发展机遇。一是提供海量、高速的数据传输能力。为满足生产中心和灾备中心相隔1000公里以上监管要求，国内商业银行都采用“两地三中心”概念和架构模式部署建设数据中心和灾备中心，各中心之间将涉及海量的数据传输，利用量子通信的特点，组建新型的量子通信网络构架，特别适合解决海量数据传输效率和安全问题。二是提供安全的、可靠的保密传输通道。目前各商业银行与监管机构、政府之间、合作企业以及商业银行总行与各分支机构之间均会涉及一些重要的涉密信息传输，利用量子通信绝对安全的特点，建立可靠传输链路，保障涉密信息的安全性。三是保障业务交易绝对安全，目前银行柜面交易、网上交易、移动支付、跨境支付等均采用传统的网络和加密技术手段保障业务安全，随着量子技术不断普及，业务交易的脆弱性逐渐凸显，而采用量子信息技术的通信和加密方式可以很好的保障业务交易安全，保护客户隐私。四是拓宽业务创新空间。量子通信技术结合人工智能、大数据、物联网、云计算、区块链等新兴技术，以量子通信技术作为基础网络和通讯安全基础，以其他新兴技术作为应用工具，以业务流程优化、业务流程再造作为突破点，不断开展先进的金融科技创新和深层次的应用创新，进而提升客户粘性，增强银行的核心竞争力。对于传统商业银行来说，虽然量子通信技术的创新到来，给商业银行带来许多转型发展机遇，但是量子通信技术带来的重大革命也给传统商业银行带来了巨大的冲击和挑战。从商业银行内部变革来看，一是量子通信技术的深入应用将对传统的基础架构、网络架构、数据架构和应用架构模式造成巨大冲击[10]，势必会改变传统架构模式以适应量子通信架构；二是商业银行经过长期发展，基本已经形成了自己的比较成熟的业务生态系统，量子通信技术不断与业务的创新应用必将对传统业务架构或业务生态系统带来重大变革；三是量子通信的理论研究、落地应用和后期维护等工作都对商业银行的科技能力和人才储备提出了更高的要求。从外部安全形势来看，一方面，随着量子通信技术不断的普及应用，商业银行传统的数据加密措施、交易防护手段将变得十分脆弱，都将给银行的信息安全带来严重的威胁；另一方面，量子通信技术的创新发展必将使各商业银行间的市场竞争变得更加激烈。
3应对量子通信技术的发展建议
随着量子通信技术逐步走出实验室，商业银行业务创新与量子通信技术不断探索应用，夺取量子通信技术的制高点的竞争将变得日趋激烈，如何抢占市场先机、把握技术优势将是各商业银行亟待解决的问题。因此，针对商业银行如何布局和发展量子通信技术提出以下建议。一是制定发展战略，明确发展目标。国家十三五规划对量子通信技术的发展做了明确的顶层设计，中国人民银行颁发的《中国金融业信息技术“十三五”发展规划》对量子通信技术发展做了明确部署，商业银行应将量子通信技术作为重要战略目标，纳入目前正在实施的数字化、智慧化转型规划中，构画技术发展路线图和实施路径。二是依托金融科技创新实验室，探索落地具体路径。目前，大多数商业银行都已经成立金融科技创新实验室，在大数据、人工智能、区块链、物联网等新技术应用取得了较多的创新成果[11]，积累了丰富的创新经验，各商业银行应该进一步充分发挥实验室作用，利用机制和资源优势，不断推动量子通信技术的落地应用。三是积极探索有效的对外合作交流。银行作为金融机构，在新技术研发能力方面，毕竟存在先天不足劣势，而一些科研院校以及部分实力强劲的企业在量子通信技术研究和应用方面已经遥遥领先，商业银行应该主动寻求合作机会，加速创新应用。
