摘要：进入二十一世纪后，在世界电子信息高速发展的大环境下以量子效应为基础的量子通信技术也随之进一步发展。量子通信技术是基于量子力学理论与现代通信科学相结合的综合产物，量子通信具体指的是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种先进通信方式，是近二十年逐渐发展起来的新型交叉学科。与传统通信方式相比，信息效率高、信噪比低、非局域性、安全性是其主要特优势，是当今通信技术领域的研究方向和热点之一。对于量子通信的研究，许多国家都加大人力、物力投入，并在理论研究和技术方面均取得重大突破。
关键词：量子通信技术；输电系统；应用
1量子通信技术
1.1量子通信技术的基本概念
量子通信技术的基本应用原理从概念出发就是通过量子介质信息传的递功能实现信息通信的技术；从技术层面来看，通过利用量子的纠缠效应实现信息传递、数据传输的一种通信技术；从物理的角度来看，量子通信技术利用量子在物理极限状态下来实现信息传输渠道的建立，为信息安全性提供有效保障，改善了以往通信技术无法攻克的技术难题，是当下最为先进的通信方式；从信息学的角度来看，量子通信技术具有量子的不可复制性与传输隐形等特征特征，实现信息数据从发送端到接收端的稳定传输，同时，量子在传输过程中携带信息量大，是未来通信技术领域发展的重要方向。
1.2量子通信技术优势及特点
（1）量子通信技术的传输延迟实践极短，甚至可以忽略不及，且传输速度远快于传统通信方式，相比较于传统通信，量子通信的传输效率高出几十倍，传输速度快、延迟时间短决定了量子技术应用于通信领域最为关键的技术优势。（2）量子通信技术的数据传输过程中不需要传统信道，不受通信双方传输媒介影响，无需担心信息失真和丟失问题，对传输环境的要求比以往的通信方式低很多，量子通信具有完好抗噪性和抗干扰能力。（3）从技术角度来看，量子通信具有不可克隆的特性，在量子通信技术传递过程中，量子信息一旦被接收或被检测就会发生不可还原的改变，因此，信息传输过程中，如果量子信息被监测或被中途窃取，通信双方很容易就能发现，确保了信息传输过程的安全性，这就促使量子通信在军事领域的广泛应用。（4）量子通信应用广泛。量子通信不受传播介质的影响，理论上不会被任何障碍阻隔。量子通信还能穿越大气层，可实现外太空通信，又可进行海底通信，还可在光纤等介质中通信，信息传递的质量比较高。
2量子密钥分配方案
2.1系统基本组成
依据不同的信号源，可将ＱＫＤ方案分为：基于单量子的ＱＫＤ方案；基于量子纠缠对的ＱＫＤ方案；基于单量子和量子纠缠对的混合ＱＫＤ方案。典型的量子密钥分发系统由量子密钥的生成与控制系统、交换机、通信信道和量子密钥终端等组成。通信信道中既有量子信道，也有经典信道。其中，密钥生成控制系统通过对ＱＫＤ终端设备的控制，完成量子密钥的分发过程；量子密钥的生成和接收的过程是由ＱＫＤ终端来实现的。
2.2实现方式
ＱＫＤ网络具有传统光切换网络、经典可信中继节点的网络、量子中继的网络三种实现方式传统光切换技术应用较早也较为广泛，如美国的ＤＡＲＰＡ量子通信网络。经典可信中继节点的典型网络有瑞士ＳＥＣＯＮＱＣ ＱＫＤ网络和日本Ｔｏｋｙｏ ＱＫＤ网络等。目前量子中继的网络还处于研究阶段。基于量子中继的网络由于以下难点而影响后续的深入研究：存储器还不能有效地在量子密钥中应用；量子纠缠是指仅在全部纯化均成功情况下，量子密钥才算作一次成功通信，然而成功率会随着时间持续地衰减。
2.3基于ＢＢ８４协议的量子密码通信
ＢＢ８４是一种单量子的量子密钥分配方案，也是公认的最成熟并且应用最广泛的量子密钥分配协议。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该方案通过量子信道传送密钥，通过量子的相位、极化方向或者频率等物理量携带量子密钥信息。由量子力学中的测不准原理可知，量子在状态稳定的情况下，外界也无法测得量子动量；在极限确定时间的情况下，量子的能量不断改变，无法获取准确的量子信息，从而使得量子在信道中传输的信息不可能被窃听、截获或复制。因此，该方案具备绝对的安全性、可靠性。
3基于ＱＫＤ的典型应用
3.1通信数据传输安全保护
以国网湖北检修公司为例，公司所管辖范围为２２０ｋＶ及以上的变电站和输电线路，所涉及运行中的通信数据有保护和测控两类。电力企业管理信息，如邮件系统、营销系统、办公系统等对企业的安全有重大影响。这些信息的外泄对系统的安全有着重大隐患，因而通过量子密钥技术的应用可以有效保障电力企业管理信息的安全传输。电力系统中保护、测控、调度等信息对电网的安全生产有着重大影响。这些信息若被窃取或篡改，则可能导致电网出现安全隐患，严重的会造成局部甚至整体的瘫痪。通过量子密钥技术与传统电力通信的结合，可以实现对电力信息的数据加密，提高传输的安全性，为电网的稳定运行提供更多一层保障。在保护方面，线路纵联差动保护需线路两侧及时、有效的通信，在一次发送动作信号时对侧可靠跳闸。若通道发生故障或者遭到破坏，则会在故障时无法及时切除故障点，造成事故范围扩大。在测控方面，站内遥测和遥信量则会通过站内光电转换后经光通道传送至中心站和市调度中心，若信道遭到破坏，数据被窃取或篡改，则会严重危及电网的安全稳定运行，运行人员无法获取准确的实时运行工况。
3.2备份数据链路
随着电网信息化程度的日益提高，电网企业面临的安全隐患也越来越多，也就更迫切地需要在电力系统中应用更安全的通信技术，量子通信技术有效解决了这一问题，保证了电力系统在通信过程中的安全性。近年来，全国各地陆续建立全新的调度调控系统，也建立了防止数据丢失的易灾中心。
3.3加密通信网
电力系统时刻都在进行着信息传输，同时也时刻都有遭遇黑客攻击的风险，造成重要机密外泄，影响社会的稳定。传统的防火墙技术已经无法满足通信安全的需要，只有通过量子通信技术建立的机密通信网，才能对网络中任意两个用户间的通信建立密钥分发，保证电力系统生产、营销、办公等信息的安全传送。
3.4应急通信通道
在发生各类灾害造成电力通信网瘫痪的状况下，若无法及时抢修，则会严重影响灾害救援行动的进度。量子隐形传态技术的迅速发展，为一项新的量子卫星通信系统的建立提供了可能，这能够给予电力系统通信的稳定和可靠提供更多一层的保障。
结论
量子通信技术作为信息技术发展的重要产物，被广泛用于当前较多领域中。本文研究首先对量子通信技术相关理论做简单阐述，包括量子力学原理、量子通信技术保密技术以及密钥分发等，在此基础上剖析量子通信技术发展现状，可发现量子通信技术自研究开始至今取得的成就较为理想。但值得注意的是，该技术的应用仍有一定的不足之处，成为研究与实践中亟待解决的问题，包括单光子源实现瓶颈、单光子探测器、量子纠缠等。以上问题解决后，可将量子通信技术的发展与应用推向更高的台阶。
参考文献：
[1]赖俊森，吴冰冰，赵文玉，等.量子通信应用现状及发展分析[J].电信科学，2016，（03）：123-129.
[2]张明.自由空间量子密钥分发中偏振检测与基矢校正的研究[D].中国科学院研究生院（上海技术物理研究所），2014.
作者简介：
郑门华（1968.2—），男，湖北荆州人，国网荆州供电公司信息通信分公司，高级工程师，从事电力通信运维检修工作。
论文作者:郑门华1,陈雪2,胡琼3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/1
标签：量子论文; 通信论文; 通信技术论文; 密钥论文; 信息论文; 技术论文; 信道论文; 《基层建设》2018年第27期论文;