淺談我國量子通信技術(shù)的發(fā)展現狀及未來(lái)趨勢論文
量子通信具有超強安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隱蔽性等特點(diǎn)，其發(fā)展歷經(jīng)30余年，在理論上日益成熟，技術(shù)方案已逐漸從實(shí)驗室走向了實(shí)用化，我國在量子通信技術(shù)領(lǐng)域也取得了豐碩成果。
量子通信是利用量子糾纏效應改變量子態(tài)，從而實(shí)現信息傳遞的一種新型的通信方式，它是量子論和信息論相結合的新研究領(lǐng)域。量子通信具有超強安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隱蔽性等特點(diǎn)，其發(fā)展歷經(jīng)30余年，在理論上日益成熟，技術(shù)方案已逐漸從實(shí)驗室走向了實(shí)用化，我國在量子通信技術(shù)領(lǐng)域也取得了豐碩成果。
1. 我國量子通信技術(shù)的發(fā)展現狀
(1)中國的量子通信發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段，從95年到2000年是學(xué)習研究階段，95年首次實(shí)現了量子密鑰分發(fā)實(shí)驗，在2000年完成了單模光纖1.1Km的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗;2001年到2005年中國經(jīng)歷了量子通信技術(shù)的快速發(fā)展階段，先后實(shí)現了50Km和125Km的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗;2006年到2010年進(jìn)入了初步嘗試階段，分別實(shí)現了100Km的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗和16Km的自由空間量子態(tài)隱形傳輸。先后在蕪湖建成蕪湖量子政務(wù)網(wǎng)和在合肥建成世界首個(gè)光量子電話(huà)網(wǎng)絡(luò ) 。2010年至今進(jìn)入了大規模應用階段。
(2) 2010年，在合肥建成首個(gè)城域量子通信實(shí)驗示范網(wǎng)。具有46個(gè)節點(diǎn)的量子通信網(wǎng)覆蓋合肥市主城區，使用光纖約1700公里，通過(guò)6個(gè)接入交換和集控站，連接40組“量子電話(huà)”用戶(hù)和16組“量子視頻”用戶(hù)。主要用戶(hù)為對信息安全要求較高的政府機關(guān)、金融機構、醫療機構、軍工企業(yè)及科研院所等。
(3)2011年，研發(fā)出兼容經(jīng)典激光通信的“星地量子通信系統”，實(shí)現了星地之間同時(shí)進(jìn)行量子通信和經(jīng)典激光通信。
(4)2012年，在北京建成金融信息量子通信驗證網(wǎng)，該驗證網(wǎng)實(shí)現了高保密性視頻語(yǔ)音通信、實(shí)時(shí)文字交互和高速數據文件傳輸等應用。
(5)2014年，濟南量子通信網(wǎng)實(shí)驗網(wǎng)正式投入使用。包括三個(gè)集控站，56個(gè)用戶(hù)節點(diǎn)。
(6)2016年，建立世界首條量子信息保密干線(xiàn)京滬干線(xiàn)�？傞L(cháng)2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過(guò)濟南、合肥，到達上海，利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò )，京滬兩地的金融、政務(wù)等機構能進(jìn)行保密通信，實(shí)現了城際量子通信。
(7)2016年8月，由中國科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”在酒泉衛星發(fā)射中心成功發(fā)射，為建立全球的光量子通信網(wǎng)絡(luò )奠定了堅實(shí)的基礎。
(8)我國計劃到2020年實(shí)現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，建成聯(lián)接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)，到2030年建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )。
目前，我國在量子密鑰分發(fā)的實(shí)用化方面已躋身世界前列。最近幾年，新技術(shù)突破不斷涌現，自主研發(fā)的量子路由器、量子程控交換機及終端設備已能滿(mǎn)足實(shí)用化要求。
2. 我國量子通信技術(shù)的未來(lái)趨勢
量子通信技術(shù)的發(fā)展十分迅猛，在民用方面，已在部分城市建立了量子通信網(wǎng);但是在軍用方面，進(jìn)入工程普及還需要3～5年時(shí)間。但從量子通信具備的優(yōu)勢來(lái)看，絲毫不能阻擋量子通信在未來(lái)軍事上的大量應用。
(1)一是用于建立遠程通信網(wǎng)。由于單光子在現在的硅光纖和陸上自由空間中的傳輸距離受到了限制，使量子通信的'距離目前只有百余公里，無(wú)法實(shí)現全球范圍意義上的量子通信。這一問(wèn)題可以通過(guò)量子存儲技術(shù)與量子糾纏交換和純化技術(shù)的結合，做成量子中繼器，突破光纖和陸上自由空間鏈路通信距離短的限制，延伸量子通信距離，實(shí)現真正意義上的全球量子通信。
(2)二是用于建立深海軍事通信。岸潛通信，一直是困擾軍事通信的一大難題。目前使用的甚長(cháng)波通信系統，勉強能夠達到與水下百米左右的潛艇的通信，但其系統非常龐大，僅天線(xiàn)就長(cháng)達50千米以上，抗毀性差，通信效率極低，30分鐘只能通幾個(gè)字符，量子通信不同于傳統的“波”通信，量子通信因其與傳輸媒介無(wú)關(guān)，不受海水影響，在同等條件下，獲得可靠通信所需的信噪比比光、電等傳統通信手段低30～40分貝左右，利用量子通信可以開(kāi)發(fā)出有效的水下軍事通信手段，為遠洋深海安全通信開(kāi)辟了一條嶄新的途徑。
(3)三是建立超光速、大容量軍事信息網(wǎng)。軍事信息網(wǎng)需要大容量、高速率傳輸及按需共享能力。而量子通信就具有超大信道容量、超高通信速率和信息高效率的特點(diǎn)。隨著(zhù)量子通信技術(shù)的研究突破和日趨成熟，可以利用量子隱形傳態(tài)建立滿(mǎn)足軍事特殊需求的超光速量子通信網(wǎng)絡(luò )。利用量子通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現大容量、高速率信息傳輸與處理及按需共享，滿(mǎn)足指揮與控制系統對信息綜合分析及輔助決策的需求，滿(mǎn)足信息作戰的需要。
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