光量子通信主要基于量子糾纏態(tài)的理論，使用量子隱形傳態(tài)(傳輸)的方式實現(xiàn)信息傳遞。光量子通信的過程如下：事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個粒子分別放在通信雙方，將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測量(一種操作)
光量子通信主要基于量子糾纏態(tài)的理論，使用量子隱形傳態(tài)(傳輸)的方式實現(xiàn)信息傳遞。光量子通信的過程如下：事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個粒子分別放在通信雙方，將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測量(一種操作)，則接收方的粒子瞬間發(fā)生坍塌(變化)，坍塌(變化)為某種狀態(tài)，這個狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌(變化)后的狀態(tài)是對稱的，然后將聯(lián)合測量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對坍塌的粒子進(jìn)行幺正變換(相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換)，即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。
據(jù)中研研究院《2020-2025年中國量子通信行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢報告》
2020量子通信市場需求分析及行業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測
量子通信根據(jù)應(yīng)用途徑，量子通信可分為：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。按其所傳輸?shù)男畔?nèi)容分為是經(jīng)典通信和量子通信而分為兩類。前者主要傳輸量子密鑰，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。
量子通信從理論上的定義而言，并沒有一個非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。在物理學(xué)中可以將其看作是一個物理極限，通過量子效應(yīng)就能實現(xiàn)高性能的通信。而在信息學(xué)中，量子通信是通過量子力學(xué)原理中特有的屬性，來完成相應(yīng)的信息傳遞工作。量子通信同傳統(tǒng)的通信方式相比較，有一些比較突出的特點，例如安全性比較高，還有就是傳輸?shù)倪^程中不容易受到阻礙。當(dāng)量子態(tài)在不被破壞的情況下，在傳輸信息的過程中是不會被竊聽，也不會被復(fù)制的，所以嚴(yán)格意義上來看，它是絕對安全的。而在無障礙的傳輸中，兩個分離的量子，無論分離得有多遠(yuǎn)，當(dāng)一個量子變化的時候，另一個也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。
量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，是目前唯一被證明無條件安全的通信方式。此外，它還具有較強(qiáng)抗干擾能力、傳輸能力、高傳輸效率以及容量大、速度快等優(yōu)點，理論上可以傳輸無限量的消息。由于其多方面突出的優(yōu)勢，這種量子通信技術(shù)得以被廣泛應(yīng)用于軍事、國防等領(lǐng)域，在信息檢測、信息傳送以及信息對抗等方面占據(jù)優(yōu)勢，性能和用途都領(lǐng)先于其他通信技術(shù)。2019年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)425億元，并預(yù)測在2023年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將超800億元，達(dá)到805億元左右，2019-2023年均復(fù)合增長率約為17.31%。
(1)采用量子中繼技術(shù)，擴(kuò)大通信距離。
這方面以中國的“京滬干線”項目為代表。由于單光子在傳輸過程中損耗很大，對于遠(yuǎn)距離傳輸，必須采用中繼技術(shù)。然而量子態(tài)的非克隆原理給量子中繼出了很大難題，因為量子態(tài)不可復(fù)制，所以量子中繼不能像普通的信號中繼一樣，量子通信把弱信號接收放大后再轉(zhuǎn)發(fā)出去。量子中繼只能是在光子到達(dá)最遠(yuǎn)傳輸距離之前接收其信號，先存儲起來，再讀出這個信號，最后以單光子形式發(fā)送出去。量子中繼很像火炬接力，一個火炬在燃料耗盡之前點燃另一個火炬，這樣持續(xù)傳送下去，不能一次同時點燃多個火炬。量子中繼有很多方案，包括光量子方案、固態(tài)原子方案等。
(2)采用星地通信方式，實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。
采用衛(wèi)星通信后，兩地之間的量子通信更加方便快捷。在真空環(huán)境中，光子基本無損耗，損耗主要發(fā)生在距地面較低的大氣中。據(jù)測算，只要在地面大氣中能通信十幾千米，星地之間通信就沒有問題。中國學(xué)者曾經(jīng)在北京與懷柔之間成功地進(jìn)行夜晚十幾千米的單光子傳輸實驗，為星地量子通信奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。
(3)建立量子通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多地相互通信。
量子通信要想實用化，必須覆蓋多地形成網(wǎng)絡(luò)。2009年，郭光燦小組在安徽蕪湖建立了世界首個量子政務(wù)網(wǎng)，標(biāo)志著中國量子保密通信正式進(jìn)入應(yīng)用階段。目前，國內(nèi)外都建成了多個實用的量子通信網(wǎng)絡(luò)，下一步的發(fā)展是擴(kuò)大節(jié)點數(shù)，擴(kuò)展通信距離，形成大覆蓋面積的廣域網(wǎng)。
更多量子通信行業(yè)資訊，請關(guān)注中研普華研究院報告《2020-2025年中國量子通信行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢報告》。
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