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量子通信产业链深度解析

更新时间:2023-09-17 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

量子通讯是精典信息理论和量子热学相结合的一门新兴交叉学科,与成熟的通讯技术相比,量子通讯具有保密性强、大容量、远距离传输等特性,是国际量子化学和信息科学的研究热点。量子通讯技术及其应用关乎社会利益及国家安全,已成为21世纪信息安全领域发展的方向和主流。bGt物理好资源网(原物理ok网)

行业概述bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子是构成物质的最基本单元,是能量的最基本携带者。分子、原子、电子、光子等微观粒子,都是量子的一种表现形态。量子具有不可克隆和不可分割的基本特点。量子通讯是指借助量子力学基本原理或基于物质量子特点的通讯技术。量子通讯是目前惟一已知的无条件安全通讯。借助量子不可克隆和不可分割的特点可以实现安全量子秘钥分发,实现不可破译的保密通讯。量子通讯包括了量子秘钥分发(QKD)和量子隐型传态(QT)等典型应用方式。bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子通信的优势bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯相与传统通讯方法相比,具有无条件安全传输、信息传递效率高、隐蔽性好、应用广泛、抗干扰性能强等优势。bGt物理好资源网(原物理ok网)

①无条件安全传输:理论上,虽然功击者具有无限的估算资源和任意数学学允许的信道监听手段,量子通讯仍可保证通讯双方安全地交换信息。这是量子通讯相对传统通讯最突出的优势。由于其秘钥具有不可复制性和绝对安全性,一旦有人盗用秘钥,整个通讯信息都会“自毁”并告知使用者。bGt物理好资源网(原物理ok网)

②信息传递高效:借助量子态的叠加性和纠缠特点,有望以赶超精典通讯极限的条件下传输和处理信息。为此,量子通讯对金融、电信、军事等领域有非常重要的意义,并在实际中最先获得了发展和应用。bGt物理好资源网(原物理ok网)

③隐蔽性好:量子通讯没有电磁幅射,第三方难以进行无线窃听或侦测。bGt物理好资源网(原物理ok网)

④应用广泛:量子通讯与传播媒介无关,传输不会被任何障碍阻隔,量子隐型传态通讯能够穿越大气层。为此,量子通讯应用广泛,既可在太空中通讯,又可在海底通讯,还可在光纤等介质中通讯。bGt物理好资源网(原物理ok网)

⑤抗干扰性能强:量子通讯中的信息传输不通过传统信道,与通讯双方之间的传播媒介无关,具有完好的抗干扰性能。bGt物理好资源网(原物理ok网)

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量子通信的发展历程bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯的发展大致可分为四个阶段:探求和试验研究阶段、理论重大突破阶段、行业案例积累阶段、生态逐渐建立阶段。1993年,C.H.提出了量子通信的概念;同年来自四个国家的六位科学家提出了借助精典数学学与量子相结合的方式实现量子隐型传送的方案。bGt物理好资源网(原物理ok网)

此后的二十多年中,全球量子通讯行业逐渐从理论试验迈向工程样机量子传输 设备,相关安全性与网联化的解决方案也不断健全。我国量子通讯理论理论研究和产业化应用两方面都处于世界领先地位,与日本、英国、日本等国家并驾齐驱,目前已具备成熟的产业化基础。bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子通信的理论基础bGt物理好资源网(原物理ok网)

通讯理论和量子热学是量子通讯领域的两大理论来源。实现一个完整的量子通讯系统运转须要以量子编码理论为基础,以特定的量子通讯合同为核心,通过运用量子讯号形成、调制和侦测等关键技术,最终实现量子信息或精典信息的传送。随着通讯网路理论的发展以及量子中继技术的突破,量子通讯网路有望从局域网路迈向更大规模广域网路,乃至移动全球范围信息传递的通讯网路。bGt物理好资源网(原物理ok网)

借助量子不可克隆和不可分割的特点可以实现安全量子秘钥分发,借助秘钥的不可复制和绝对安全性,最终可以实现不可破译的保密通讯。在通过量子技术进行安全通讯时,监听者会采取多种形式,但最终都将难以实现对量子通讯的破译。bGt物理好资源网(原物理ok网)

核心技术bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子秘钥分发(QKD)bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子秘钥分发(QKD)是一种借助量子化学原理实现远程秘钥交换或协商的通讯过程。QKD可以提高加密通讯体系的常年安全性,是最先实现产业化应用的量子信息技术。这一技术中的发送和接收装置是通过量子信道和经过认证的精典信道相连的。量子信道用于传输由量子态承载的量子比特讯号,可以是光纤、卫星链路等化学媒介。精典信道则用于发送方和接收方进行基矢比对等数据后处理步骤的信息交互。目前的量子秘钥分配分为单光子量子秘钥分配(引诱态)和纠缠光子的量子秘钥分配(纠缠态)两种方案。bGt物理好资源网(原物理ok网)

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量子隐型传态(QT)bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子隐型传态(QT)又称量子遥传、量子隐型传输、量子隐型传送、量子远距传输或量子远传,是一种借助分散量子缠结与一些化学讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。C.H.在1993年提出了量子通讯概念,借助精典与量子相结合的方式实现量子态隐型传输,即遥远两地的通讯双方首先分享一对纠缠粒子,其中一方将待传输量子态的粒子和自己手里的纠缠粒子进行贝尔态检测,之后将检测的结果告知对方,对方则依据得到的信息进行相应的幺正操作。浅显来讲将甲地的某一粒子的未知量子态,可在乙地的另一粒子上还原下来。bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子中继bGt物理好资源网(原物理ok网)

量子中继是实现量子态中继传输,减少信道损失对于量子通讯距离和速度影响的技术。量子中继器通过纠缠制备、纠缠分发、纠缠纯化和纠缠交换来实现中继功能的转换器。量子讯号的传输距离由中继级数决定。2019年,中国科学技术学院在国际上首次实验实现全光量子中继器的原理性验证,为建立远距离光纤量子网路开辟了新途径。bGt物理好资源网(原物理ok网)

产业链bGt物理好资源网(原物理ok网)

上游:产业链上游包括基础研究、基础设备制造商。基础研究指院校、科研机构企业提供量子通讯基础研究成果、发明专利。量子通讯设备整体采购量较小,无法驱动相关元件及芯片厂商的研制生产,但是目前我国元件商集中度较低,芯片设计环节薄弱。bGt物理好资源网(原物理ok网)

中游:产业链中游的量子设备与解决方案提供环节包括了秘钥分发及中继、量子网段、量子路由等量子通讯设备制造商与系统集成商。中游是产业链的核心环节,相关公司把握量子通讯的核心技术,促进产业的发展。bGt物理好资源网(原物理ok网)

下游:产业链下旅客房主要涉及政务、金融、电力、国防等领域。下集会业和领域拥有大量重要信息和敏感数据,信息安全需求强烈,其对信息安全刚性需求有力地支撑量子保密通讯行业发展。bGt物理好资源网(原物理ok网)

信息安全涉入到国家安全和社会稳定,我国已将信息安全提高为国家安全战略。近些年来量子传输 设备,我国推动在量子科技领域的发展,相关的科研经费投入,专利申请布局和应用探求等方面都具备较好的实践基础和发展条件。随着国家逐步建立量子科技领域的顶楼设计,我国的量子科技行业或将快速发展,成为全球量子信息技术研究和应用的主要推进者。bGt物理好资源网(原物理ok网)

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