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专题
2019/6/6 14:56

量子保密通信技术发展及应用分析

邮电设计技术  申 虹

申 虹(中国通信建设集团设计院有限公司,北京 100076)

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘要:量子保密通信是未来提升信息安全保障能力的重要技术手段之一。介绍了基于量子密钥分发(QKD)的量子保密通信关键技术,探讨了量子保密通信应用示范及标准化研究最新进展,提出了量子保密通信的系统架构和典型网络组织;同时为了更好地与现有通信系统融合,提出了一种QKD系统与大容量光通信系统共纤传输方案;最后对量子保密通信的发展前景进行了展望。

关键词:量子密钥分发;量子保密通信;共纤传输;波分复用

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2019.05.015

引言

上世纪中叶,人类以量子力学为基础开始认识和利用微观物理规律,推动产生了激光器半导体和原子能等具有划时代意义的重大科技突破。进入21世纪,量子技术与信息技术深度融合,第2次“量子革命”正在到来。量子信息科学是量子力学与信息科学等学科相结合而产生的新兴交叉学科,目前其重点发展方向包括量子通信、量子测量和量子计算3个领域,分别以面向无条件安全的保密通信、超强的计算能力、精密探测突破了信息科学的经典极限。量子信息科学将为信息社会的演进提供强劲动力。

量子计算利用“量子比特”量子叠加态的特性,通过量子态的受控演化实现数据的存储计算。随着量子比特数量增加,量子计算算力可?#25163;?#25968;级规模拓展,理论上具有经典计算无法比拟的超强并行处理能力。以IBM的超级计算机BlueGene为例,它需要花费上百万年才完成的数据处理,而量子计算机只需要几秒钟。如果将量子计算比喻成矛,将有望“吾矛之利,于物无不陷也”。量子计算在带来强大算力的同?#20445;?#20063;将引发全新信息安全挑战。现有公钥体系的安全性是基于单向计算复杂度的数学难题,即便增加算法复杂度和密钥长度,也难于?#38047;?#37327;子计算攻击,经典加密通信面临严重威胁。当前信息社会和数字化经济时代,信息安全形势日益复杂,量子保密通信技术应运而生,将以“吾盾之坚,莫之能陷也”为目标构建信息安全关键屏障。

本文将介绍基于QKD的量子保密通信关键技术、量子保密通信技术应用示范及标准化情况、网络架构和典型网络组织,及其发展前景,并提出发展建议,为量子保密通信发展、应用、规模部署提供参考。

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