量子通信概念股有哪些？量子通信产业化进展积极

量子通信是量子物理学和密码学相结合的一门新兴学科，利用量子态的物理性质为通信双方提供绝对安全的通信方式。

量子保密通信从量子力学不确定性原理和量子态不可克隆定理出发，从理论上保证了保密性，即通信双方能够检测到窃听者的存在并采取相应的措施。这一特性是由量子物理的基本原理所保证的，因为观察或者测量一个量子系统均会造成量子态的扰动，从而造成可以检测的反常，提醒通信双方泄密。

量子通信核心优势：无条件安全、高效和抗干扰。

1、量子密钥分配彻底解决密钥分发过程中的安全性问题。

量子的不可复制性是量子通信安全性的基础。量子信息若被监测，就会发生不可还原的改变，观测行为会破坏粒子本身的状态，这使得量子通信具有了无条件的安全性。

如果发生窃听将破坏系统产生误码，通信双方都能够觉察。量子密码不是依赖于计算的复杂度，而是基于量子力学原理，原理是“海森堡测不准原理(Heisenberg uncertainty principle)”中所包含的一个特性，即当有人对量子系统进行偷窥时，同时也会破坏这个系统。

2、量子传输信息效率远高于传统方式。

根据量子力学的叠加原理，一个n维量子态的本征展开式有项，每项前面都有一个系数，传输一个量子态相当于同时传输这个数据。量子并行性使得量子计算机可以同时对2^n个数进行数学运算，其效果相当于经典计算机重复实施2^n次操作。

3、量子通信具有较强抗干扰能力和传输能力。

量子通信不通过通信双方之间的空间且无通信媒介的限制，从而通信丝毫不受通信双方之间的空间环境的影响。量子通信中的信息传输与通信双方之间的传播媒介无关，具有完好的抗干扰性能，同等条件下，获得可靠通信所需的信噪比比传统通信手段低30～40dB。

目前，按照所使用的信道不同，量子通信主要分为两种：广义的量子隐形传送与狭义的量子密码通信。

广义的量子通信：

通常指的是量子隐形传送(QuantumTeleportation)，其利用量子纠缠态的特性，通过将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方来实现信息传递。通信过程中传输的只是表达量子信息的“状态”，并不传输作为信息载体的量子本身。即把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。

基于量子隐形传送可以延伸出的一项通信技术是量子安全直接通信(QuantumSafe Direct Communication)。但QSDC方案还存在非实时及其量子信道信息所需要的纠缠态、量子存储等技术还不成熟的问题，所以仍然停留在实验室阶段。

狭义量子通信：

通常是指量子密钥分配(Quantum Key Distribution)，即利用量子状态来作为信息加密和解密的密钥。根据联通西安研究院席晓等的研究资料，量子密钥分配以量子态为信息载体，基于量子力学的测不准关系和量子不可克隆定理，通过量子信道使通信收发双方共享密钥，是密码学与量子力学相结合的产物。QKD技术在通信中并不传输密文，只是利用量子信道传输密钥，将密钥分配到通信双方。

2.3 量子通信的发展历程

从 20 世纪90年代至今，量子通信技术在欧美等国家紧锣密鼓竞相研发。目前，量子通信已逐步由理论走向实验，并加快朝着产业化方向发展。在发达国家，特别是美国、日本、欧洲等国都纷纷投入大量人力、物力、财力，积极投入到对量子通信的研究，踊跃推广量子通信技术的应用。目前量子通信技术走在前列的主要有美国、欧洲和中国。研究成果方面，欧洲领先于美国，欧洲两位率先发表量子隐形传态研究论文的物理学家 Anton Zeilinger和 Nicolas Gisin 被认为是诺贝尔物理学奖的热门人选。

在量子通信的应用方面，中国则走在了世界的前列，中国率先建立了多个城际量子干线网，并发射全球第一颗量子科学试验卫星“墨子号”，首次实现卫星和地面间量子通信。

量子密钥分配——目前商用的量子通信技术

3.1 无条件安全的密钥

信息论创始人克劳德·艾尔伍德·香农，在上世纪50年代对无条件安全做出过开创性的研究。他总结出了“一次一密”的无条件安全的条件。

一次一密，即密码真随机(非计算机的伪随机)并且只使用一次，但是目前常规的办法生成的是伪随机数，而且密钥的更新和分配上还是存在漏洞容易被窃取。因此，在密钥分配问题没有解决之前，一次一密基本上没有商业应用

3.2 BB84协议——量子密钥分配协议

1984年，IBM公司的Bennett和加拿大的Brassard提出了量子密钥分配的新概念和对应的量子密钥分配协议——BB84协议。

量子比特概念

在量子通信概念中，量子指代的即是光子，最小的光能量携带单位。光子具有波粒二象性，是粒子的同时也是一种电磁波。光子在垂直传播方向的平面上振动，振动方向可以有360度，而任意方向的振动都可以分解在一个互相垂直的坐标系上。

例如，如下图：

码元0对应光子偏振方向为水平或斜向下45度

码元1对应光子偏振方向为垂直或斜向上45度

那么，如下图，编码为“10”的量子比特经过测量基1之后收到的还是“10”信号;而经过测量基2之后收到的信号具有不确定性，有“00”、“01”、“10”、“11”共4种可能性，每种可能性都一样，即各为25%。

简单点，对于单独一个量子比特，经过一个正确的测量基后测量正确，而经过一个错误的测量基后测量正确率为50%，错误率也是50%;而如果随机选择测量基，那么选对的测量基的概率为50%，错的概率也是50%。那么对于随机测量一个量子比特的正确率为50%(选对测量基)+50%*50%(因为结果非0即1，所以错误测量基有一半概率蒙对)=75%，错误率为50%(选错测量基)*50%(因为结果非0即1，所以错误测量基有一半概率蒙错)=25%。

那么如果发出一长串的量子比特序列，因为数目巨大，从概率学上讲，整体的错误率将在25%左右。

于是BB84协议为：

发送端发生一串量子比特序列，每个量子比特的偏振状态为随机的一种(有垂直、水平、斜上、斜下4种)，这个即为一次密钥;

接收端随机用两种测量基测量量子比特序列，得到一串存在错误的密钥，误码率约为25%;

接收端与发送端通过公开信道(即通用的信道，可能被窃听)交流，发送端把错误的测量基告诉接收端，双方一致扔掉错误的信号，生成新的密钥。

窃听者需要同时窃听公开信道的测量基序列和量子通道的量子比特序列才能窃听得到密钥，而窃听量子通道的过程中有50%的概率选用了错误的测量基，则在第二步直接改变了信号，那么接收端(包括窃听端)和发送端的信号不一致，最后窃听者和接收端都无法正确解码，并且接收端在第三步检验时会发现误码率异常(密钥中每一个码元都有25%的机率被窃听者变成误码，100个码元不出错的概率为(1-25%)^100=3.2* 10^(-13)，近似为零;而序列事实上远远超过100个，最后的密钥一定出错，窃听者无法不被发现。

2001年，科学家从理论上证明完美的BB84协议，具有无条件的安全性。

3.3 诱骗态的QKD——量子密钥分配协议的补充

但由于无法实现完全意义上的单光子源，基于单光子传输的量子密钥分配协议就变得不安全(如果发射两个光子，黑客窃取的是其中一个而你却不知道)。于是科学家提出了一种新的方案代替单光子源方案，即诱骗态的QKD。发送方可以发射不同平均光子数的信号光，黑客可能窃取的是0.3平均光子数的，也可能窃取的是0.5平均光子数的，然而他却无从得知到底窃取的是那种平均光子数的。而发送完毕后，发送方会告诉接受方，发送的方式，当对比计算后，就会得知是否有人窃听，此外他们可以通过压缩比特保证安全性。

诱骗态的量子密钥分配协议从理论和实验上补上了由于光源无法实现单光子而造成的漏洞。

3.4 量子密钥分配的核心设备

量子通信核心设备是量子保密通信产业链中最核心的一个环节。 核心设备主要包括量子密钥分发设备、 量子交换机、 量子网关、 量子网络站控、 量子随机数发生器。

目前，国内只有国盾量子、问天量子等少数几家产研结合紧密的科技公司拥有核心设备制造能力。

3.5 量子密钥分配与传统光纤通信的结合