浅谈量子领域在通讯领域的发展

所属栏目:通信论文 发布日期:2019-08-01 09:40 热度:

   【摘要】 量子通信,很多人对量子通讯产生了浓厚的兴趣,但其微观规律脱离人类的直觉,并且很难在自然界中深奥预测的,是最难以解释的,被人们称为不可触及的领域,从经典物理还是量子物理去解释都不能说明微观粒子的现象,好像是神在扔骰子一样,是一般人无法想象的,文章首先介绍了对量子物理和量子通讯的理解,并逐层深入分析了量子通讯的发展现状和策略。

  【关键词】 量子通讯 发展 评价

量子领域在通讯领域

  在量子物理方面,我国一直处在国际领先的地位,我国正在逐渐把量子物理应用到通讯领域,目前我国已经可以对原子等微观粒子的运动轨迹进行人为干涉了。我国目前已成熟掌握了如何应用量子纠缠的效应进行信息加密,因为量子通讯方式在传输过程中很难被窃听,所以量子通讯技术正在逐步取代其他通讯方式,成为我国在通讯技术领域的主要发展方向。

  一、什么是量子物理

  量子物理是从粒子维度去探究什么是世界,这与我们的一般习惯差不多(但与后来提到的弦论是不一样的,弦论是认为闭合的弦组成了世界——想象一下橡皮筋的图像,但是到现在为止只有理论成果,没有做过试验去证明这个理论,毕竟它的尺度已经大大没有达到或超过了人类到现在的试验能力,而且异常晦涩不容易理解)。举个例子,从量子力学方面去分析,微观粒子包含电子,质子,微中子,夸克等,从量子场论去说明,引力子是引力最小单位(目前还没有被科学家探索出来),胶子在强力场是最小单位,弱规范玻色子是弱力场的最小单位,光子是电磁场中的最小单位。

  二、什么是量子通讯

  量子通信,具体来讲叫做量子保密通信。保密的方法主要可以分为两种:第一种是,信息被我们加密,我们再运用公共信道进行传输,就像互联网一样,就好像我们用带锁的盒子把信息锁起来一样,只有我们拿着唯一一把正确的钥匙才能把信息从盒子中取出来,获得信息。之前我们传统的加密办法也不过如此。但是,随着互联网技术突飞猛进的发展,这种方法在当代已经不是安全的方法了。但为了确保信息的安全性,我们可以用不确定性的量子来对信息进行加密。另一种是用一种通俗易懂的方式来解释的,比如在甲和乙之间接一条电线,电线上每隔一米都会有一个放哨的警察,如果敌方间谍想要获取我的信息,就只能在电线上来获取我们的信息,这样他必然会被我们的警察抓住。这样一来我们就可以不必用繁琐的密码来传达信息了,也就是保证了通道的安全。但是物理隔离的方法,肯定不现实,效率低成本高,距离有限。而量子的引入就能解决这一问题。

  三、目前量子通讯的发展状况和不足

  (一)虽然我国在量子通讯技术领域起步比别的国家晚但是我国的发展速度却异常迅速,上海、北京、济南等许多地区在十年前先后建立了有关量子通讯的实验网络,在 2014 年从上海到北京的量子通讯线路已开始运行。正因如此,我国也成为了继美国之后的第二个实现量子通讯线路超过 1500 公里距离的国家。我国在 2016 年成功发射了首个全球量子通信卫星,并预计在 2030 年把中国的量子通讯卫星网络遍及全球各地,我国的信息安全产业和信息安全战略性技术都离不开量子领域,中国的银行业已经开始应用量子通讯技术进行信息的传递,以确保用户信息的绝对安全,它将对我国信息安全产生重大影响。

  (二)虽然我国在量子领域发展迅速,但目前量子通讯技术尚且不能满足绝对安全。从量子通讯的角度来看,其信道节点、光源和接收器的不理想特性使其在实际应用中难以做到绝对的保密,在实际操作中,操控量子通信技术者也可能泄密。并且有关量子通信技术的设备成本造价十分昂贵,而且对于一些企业来说量子通讯信息传输设备在后期维护方面也要消费大量金钱,目前我国的掌握量子通讯相关技术的人员并不多,因此人才短缺也是一个主要的限制因素。不光如此,在信息长距离传输过程中可能还会出现严重的安全漏洞问题。因此量子通讯技术仍停留在实验阶段。

  四、对量子通讯发展的建议

  在通讯技术研发方面,国家应大力支持并加大资金投入,建立通讯技术专项研究小组,突破难关。在行业管理标准方面,国家要加快相关领域行为规章制度的制定,大力引导相关人员的技术发展,加强密码、通讯领域的研究。总结:我国在量子通讯领域处于国际领先地位,根据近几年量子通讯技术在我国的发展状况来看,我国有希望在短时间内实现量子通讯的重大突破。但在资金、技术、人才等方面还存在一些问题亟待解决。我国量子通讯技术在未来产业方面具有广阔的发展前景。

  参 考 文 献

  [1] 第一次量子隐形传态:D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H.Weinfurter, and A.Zeilinger, "Experimental quantum teleportation,"Nature 390 (6660),575-579 (1997).

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