試析神奇的量子通信

李豐馳

摘 要：隨著科技水平的不斷發展和網絡信息技術的不斷提高，量子通信領域的發展在此背景上也取得了矚目成就。作為一名高中生，在物理課堂上我們便已經可以體會到量子通信技術所運用的復雜的物理知識，即量子力學等。本文基于對量子通信技術的理論基礎、特點優勢和應用前景進行簡要分析，進而加深對神奇的量子通信的進一步認識和了解。

關鍵詞：高中生；量子通信；相關技術

中圖分類號：G634.8 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0297-02

引 言

量子是量子通信的信息載體，是當前通信技術領域的最新技術之一，無論在保密性還是效率上都有著明顯的優勢。目前，在信息技術飛速發展的時代，信息技術的基礎技術微電子技術已經差不多達到了當前物理領域發展的極限?，F在，量子通信技術的理論體系已經相對完善，對量子通信技術建設已經慢慢從理論走向實驗，并逐漸運用于社會，不斷往實用性方面發展。

1 量子通信的理論基礎

1.1 不確定性原理

量子通信技術中的量子研究是屬于微觀領域的研究。身為一名高中生，在學習高中物理的時候就對量子的概念已經有了一定的了解，知道了量子是一個很小的物理基本單位。而德國科學家海森伯通過多年對量子力學的研究，對此提出了一種不確定性原理，即量子的一些物理量在發生變化和運動時，一個量在確定后，另一個量就很難確定，很難實現兩個量能同時確定數值。

1.2 不可克隆原理

通過物理學家的研究表明，得出了量子力學的另一基本原理，即量子不可克隆原理，表明了量子是不可以進行復制的。而且量子是非常小的一個物理單位，不管處于什么狀態下的量子，只要你想對他進行復制或者測量，在外來行為的因素上它都會發生一定程度的變化，不可能是一層不變的。因此即使對量子進行測量想對其進行復制，在測量的過程中就已經發生測量數值的改變，不再是原先的量子了。

1.3 糾纏效應

這是量子力學領域的一個奇特現象。在學習高中物理的量子物理知識時，知道了量子間是存在著相互作用和聯系的，這種作用和聯系物理學把它稱之為糾纏效應。即兩個共同來源的微觀粒子，不管是由于什么原因導致分開，只要其中一個粒子發生改變，另一個粒子便能快速感應對方的狀態并做出一定的回應，這就是量子糾纏現象[1]。

2 量子通信的特點優勢分析

2.1 具有無條件安全性

量子密碼學是量子通信信息安全的技術理論基礎，與傳統加密方法不同的是，量子通信是以量子狀態作為密鑰對信息進行加密的，加上量子的不可克隆性和不可竊聽更加提高了量子通信的信息安全保障。而且量子是不可復制的，在任何情況下，如果想截獲或測量量子密鑰，量子都會發生變化，導致其根本不可能竊取信息。另一方面，量子通信的加密技術不像傳統辦法那樣需要通過復雜的算法技術進行加密，它是通過物理法則來保證量子通信的安全性的，是目前公認的在通信安全性方面最權威可靠的終極技術手段[2]。

2.2 具有較強的抗干擾能力和傳輸能力

通信量子技術在信息傳輸的過程中不需要依賴外來的媒體介質，因此量子信息傳遞無論在什么情況下都不需要考慮外界物質的障礙阻隔，可以實現零線路時延的可能。而且在此過程中通信的速度十分快速，也不會給社會環境帶來任何的電磁輻射等污染問題，是一種相當環保的高科技技術[3]。另一方面，量子通信在量子隱形的狀態下，能夠穿透整個大氣層，不論多遠的距離都能夠實現通信，這也對衛星事業的發展和信息全球化的發展奠定了技術基礎。

2.3 傳輸效率極高

量子通信在傳輸的過程中運用的是量子力學的疊加原理。以光學為例，作為一名高中生在學習物理的一些基本常量時可以知道經典信道光子的信息效率極限是1.44bit/光子，但是量子信道光量子的信息效率是經典信道光子的70倍左右，由此可見它的信息傳輸效率是非常高的。

3 量子通信的應用前景

3.1 建立全新衛星通信網

因為單光子和硅光纖在傳輸過程中受到了距離和空間上的限制，導致通信事業無法實現全球性的通信?，F在隨著衛星通信技術和空間技術水平的不斷提高，加上量子通信技術的不斷發展，突破了傳統通信的時間和空間限制，使量子通信距離不斷延伸加大，從而真正實現全球量子通信的發展。

3.2 構建超光速信息網絡

量子通信信息技術當前已經獲得很高的成就，因此可以將此技術的優勢特點建立成有特殊要求的超光速量子通信網絡，同時還能改進當前通信網絡容量和速率等方面的不足，為信息網絡開拓一個新天地，不斷促進超光速信息網絡的發展。

3.3 用于深海通信

由于受技術的限制，長波通信是深海和岸基之間的主要通信方式，而且在建設這樣的通信方式時，其系統龐大，需要投入很多資金，抗毀性還十分低下，通信的深度也只能在百米左右以內有效。量子通信則不同，不需要建設太繁雜龐大的系統，且量子通信的光量子隱形傳態不需要傳播介質來支撐，在通信深度上可以更深，這對深海通信的發展是一個大突破[4]。

3.4 用于隱蔽保密通信網

降低電磁輻射是通信得以隱身的重要關鍵，而量子通信有不可復制的特點，其密碼的“不可破特性”和“竊聽可知性”對信息傳輸的安全有著很重要的保障。因此對軍事信息系統的應用和很多機關單位、企業等多方領域機構在進行絕密信息的傳輸時可提供信息安全保障，確保信息不被泄露。

3.5 生成和分發通信密鑰

完全安全性是量子通信技術的最大特點，且量子態的粒子是密鑰的載體，是無法在半路偵測的，這是傳統加密通信所達不到的目標。因此可以通過天基平臺部署量子通信密鑰生成和分發系統，然后給網絡用戶分發量子密鑰，從而全面構建安全可靠的通信網絡。

4 結束語

身為高中生的我們，通過物理的學習可以進一步領略到量子通信的高深技術水平和神奇色彩，量子通信技術是一項新興的高科技技術，雖然在理論研究上已經取得一定成就，但是在運用上還處于初級研究階段。而且我國在該領域的技術水平和國外發達國家相比還存在很大的差距，因此國家應該積極主動的向發達國家學習，并不斷的汲取技術經驗，并列為國家科學技術發展的重要研究工作內容，此外還應投入更多的資金和精力去發展量子通信技術，從而促進我國量子通信技術的發展。

參考文獻

[1]萬 駿.淺談量子通信理論及其應用[J].科技傳播，2018，10（06）：100～101.

[2]趙麗君.量子通信技術發展及應用[J].電子技術與軟件工程，2016（09）：54～55.

[3]賴俊森，吳冰冰，湯 瑞，趙文玉，張海懿.量子通信應用現狀及發展分析[J].電信科學，2016，32（03）：123～129.

[4]王礦巖.量子通信技術發展現狀及面臨的問題研究[J].通訊世界，2017（01）：110～111.

收稿日期：2018-9-26