淺談我國(guó)量子通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)論文
量子通信具有超強(qiáng)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(yàn)室走向了實(shí)用化，我國(guó)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(yīng)改變量子態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)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(jié)合的新研究領(lǐng)域。量子通信具有超強(qiáng)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(yàn)室走向了實(shí)用化，我國(guó)在量子通信技術(shù)領(lǐng)域也取得了豐碩成果。
1. 我國(guó)量子通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
(1)中國(guó)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(xí)研究階段，95年首次實(shí)現(xiàn)了量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，在2000年完成了單模光纖1.1Km的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn);2001年到2005年中國(guó)經(jīng)歷了量子通信技術(shù)的快速發(fā)展階段，先后實(shí)現(xiàn)了50Km和125Km的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn);2006年到2010年進(jìn)入了初步嘗試階段，分別實(shí)現(xiàn)了100Km的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)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)光量子電話網(wǎng)絡(luò) 。2010年至今進(jìn)入了大規(guī)模應(yīng)用階段。
(2) 2010年，在合肥建成首個(gè)城域量子通信實(shí)驗(yàn)示范網(wǎng)。具有46個(gè)節(jié)點(diǎn)的量子通信網(wǎng)覆蓋合肥市主城區(qū)，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”用戶(hù)和16組“量子視頻”用戶(hù)。主要用戶(hù)為對(duì)信息安全要求較高的政府機(jī)關(guān)、金融機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、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(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)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(yàn)證網(wǎng)，該驗(yàn)證網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了高保密性視頻語(yǔ)音通信、實(shí)時(shí)文字交互和高速數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)葢?yīng)用。
(5)2014年，濟(jì)南量子通信網(wǎng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)正式投入使用。包括三個(gè)集控站，56個(gè)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)。
(6)2016年，建立世界首條量子信息保密干線京滬干線�？傞L(zhǎng)2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過(guò)濟(jì)南、合肥，到達(dá)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(jī)構(gòu)能進(jìn)行保密通信，實(shí)現(xiàn)了城際量子通信。
(7)2016年8月，由中國(guó)科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”在酒泉衛(wèi)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(8)我國(guó)計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)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(guó)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(xiàn)，自主研發(fā)的量子路由器、量子程控交換機(jī)及終端設(shè)備已能滿(mǎn)足實(shí)用化要求。
2. 我國(guó)量子通信技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)
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(shì)來(lái)看，絲毫不能阻擋量子通信在未來(lái)軍事上的大量應(yīng)用。
(1)一是用于建立遠(yuǎn)程通信網(wǎng)。由于單光子在現(xiàn)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(xiàn)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(chǔ)技術(shù)與量子糾纏交換和純化技術(shù)的結(jié)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(xiàn)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(zhǎng)波通信系統(tǒng)，勉強(qiáng)能夠達(dá)到與水下百米左右的潛艇的通信，但其系統(tǒng)非常龐大，僅天線就長(zhǎng)達(dá)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(tǒng)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(tǒng)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(yuǎn)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(xiàn)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(tǒng)對(duì)信息綜合分析及輔助決策的需求，滿(mǎn)足信息作戰(zhàn)的需要。
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