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《量子通信的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展展望》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、一、量子通信概念及產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成㈠基本概念⒈原理：利用量子糾纏效應(yīng)進行信息傳遞“量子”是指不可再分割的、最小的能量單位，所有的微觀粒子包括原子、電子、光子等都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。量子通信的工作原理是利用粒子的量子糾纏效應(yīng)，將信息加載在粒子狀態(tài)中，通過傳輸粒子實現(xiàn)絕對安全的通信。量子通信有兩大核心概念：量子糾纏效應(yīng)和量子信息狀態(tài)化。其中量子糾纏效應(yīng)是指兩個或多個量子系統(tǒng)之間的非定域非經(jīng)典的關(guān)聯(lián)，即可以制備兩個粒子態(tài)，無論距離多遠，當(dāng)其中一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化時，另外一個粒子的狀態(tài)也會同時發(fā)生變化。量子信息狀態(tài)化是指量子通信在
2、傳送過程中一般以狀態(tài)來表示信息，早期利用偏振態(tài)較多，目前逐漸轉(zhuǎn)向采用相位狀態(tài)表示信息。偏振態(tài)是利用光的偏振對數(shù)據(jù)進行編碼，在一個方向上的偏振視為0，而另一個視為1，常用的兩種偏振方式為直線型和對角型；相位態(tài)利用光子的相位數(shù)據(jù)來進行編碼，例如45度、90度、180度分別代表0、1、-1。⒉分類：量子隱形傳送和量子密碼通信量子通信主要的通信方式包括兩種：直接通過量子態(tài)進行量子隱形傳送和量子密碼通信（目前應(yīng)用最成熟的方式）。圖表1量子通信分類資料來源：興業(yè)證券研究所量子隱形傳送：是一種脫離實物的信息傳送，原理是通過將某個粒子
3、的未知量子態(tài)傳送到另一個地方來傳遞信息。具體而言，首先制備出具備量子糾纏效應(yīng)的光子A和B，分別在甲和乙保存，需要傳遞信息時，將蘊涵相關(guān)信息的光子C與A一起測量，這樣A的狀態(tài)發(fā)生了改變，B的狀態(tài)也發(fā)生了改變，再用光子D與B做逆測量，即可得到原來光子C所蘊涵的信息。量子隱形傳送由于單子狀態(tài)難以長時間保存、光纖信道損耗大、受環(huán)境噪音影響較大、價格昂貴等原因，目前技術(shù)仍不成熟。圖表2量子隱形傳送原理資料來源：興業(yè)證券研究所量子密碼通信：利用量子狀態(tài)作為信息加密和解密的密鑰。通俗來講量子密碼通信就是甲利用激光收發(fā)器發(fā)射確定狀態(tài)的
4、光子，乙采用濾光器/激光收發(fā)器進行接收，保存并記錄光子狀態(tài)，隨后甲和乙相互對應(yīng)光子的狀態(tài)，以識別是否被竊聽，如果光子被竊聽測量，則會改變狀態(tài)，從而被發(fā)現(xiàn)。圖表3量子密碼通信原理資料來源：興業(yè)證券研究所㈡主要特點：無條件安全性、強抗干擾能力和高傳輸效率與經(jīng)典通信方式對比，量子通信的特點主要包括以下三點：⒈量子通信具有無條件安全性量子通信技術(shù)的信息安全是基于量子密碼學(xué)，并以量子狀態(tài)作為密鑰而突破了傳統(tǒng)加密方法的束縛，明顯具有不可竊聽、不可復(fù)制性和理論上的“無條件安全性”。任何截獲或測試量子密鑰的操作，都會改變量子狀態(tài)，量子
5、通信總會確保兩地之間密鑰分配和通信的絕對安全性。量子通信對于信息的加密也不再是要依靠傳統(tǒng)加密技術(shù)所依賴的復(fù)雜算法，而是靠物理法則來保證，由此被認為是保障通信安全的終極技術(shù)手段。⒉量子通信具有較強抗干擾能力和傳輸能力在信息傳輸通道方面，量子信息傳遞過程不會為任何障礙所阻隔，線路時延可以為零，因此能實現(xiàn)最快通信，并且不存在任何電磁輻射污染，整個通信程序完全達到充分環(huán)保。在通信遠距離方面，量子通信屬于遠距離通信，量子隱形傳態(tài)具備穿越大氣層的能力，而這就為未來基于衛(wèi)星量子中繼的全球化量子通信網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。⒊量子通信傳輸效率極高
6、根據(jù)量子力學(xué)的疊加原理，一個n維量子態(tài)含有2n個態(tài)信息，而量子并行性使得量子計算機可以同時對2n個數(shù)進行數(shù)學(xué)運算，因此使用量子計算機對n維量子態(tài)進行傳輸，效率顯著提高。㈢產(chǎn)業(yè)鏈：元器件-核心設(shè)備-傳輸干線-系統(tǒng)集成-應(yīng)用圖表4量子通信產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)上游：主要是信號處理芯片、雪崩光電二極管（APD）等元器件及各類核心設(shè)備。國內(nèi)能夠提供核心設(shè)備的公司并不多，主要包括國盾量子、問天量子和神州量通。國外廠商主要包括瑞士IDQ公司、美國Bennet公司等。中游：主要包括網(wǎng)絡(luò)傳輸干線提供商和系統(tǒng)集成商。以量子保密通
7、信“京滬干線”技術(shù)驗證及應(yīng)用示范項目為例，提供傳輸干線服務(wù)的公司是中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有線公司，提供系統(tǒng)集成服務(wù)的公司包括神州數(shù)碼系統(tǒng)集成服務(wù)有線公司（神州信息子公司）、中國通信建設(shè)集團有線公司（中國通服子公司）等。下游：主要是各種行業(yè)應(yīng)用，如金融、軍事、政務(wù)、商務(wù)等領(lǐng)域。提供的產(chǎn)品包括量子電話、基于量子保密技術(shù)的IDC、量子白板等。目前量子通信產(chǎn)業(yè)仍處發(fā)展初期，短期內(nèi)量子通信器件、量子通信設(shè)備廠商將會率先受益，其次才是量子通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及系統(tǒng)集成商，量子通信網(wǎng)絡(luò)運營及應(yīng)用提供商需要在技術(shù)完全成熟、市場經(jīng)過培育后才可以真
8、正受益。二、國內(nèi)外量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀㈠國外：加快建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)，科技巨頭高額研發(fā)投入當(dāng)前，美國、日本、歐盟均推出了針對量子通信的國家戰(zhàn)略規(guī)劃，旨在推動本國及本地區(qū)量子通信技術(shù)的繁榮發(fā)展。圖表5國外量子信息政府推動計劃國家/地區(qū)時間項目目標(biāo)金額承擔(dān)機構(gòu)美國2006美國競爭力計劃（ACI）第四項實現(xiàn)量子信息處理技術(shù)的實際應(yīng)用500
