科普小常识：一文读懂量子通信

近日，一项被国际审稿人高度评价为"量子密钥分发和量子通信最远传输记录"、"打破BB84协议下单光子源的传输终极极限"的中国成果，刊发于《物理评论快报》。在国际上首次实现超过400公里抵御量子黑客攻击的测量设备无关量子密钥分发，创造了量子保密通信新的世界纪录。量子通信作为既新鲜又古老的话题，具有严格的信息传输特性，目前已经取得突破性进展，被通信领域和官方机构广泛关注。那么究竟什么是量子通信呢？

一、量子通信技术

（一）量子通信定义

到目前为止，量子通信依然没有准确的定义。从物力角度来看，它可以被理解为物力权限下，通过量子效应进行性能较高的通信 ;从信息学来看，量子通信是在量子力学原理以及量子隐形传输中的特有属性，或者利用量子测量完成信息传输的过程。

从量子基本理论来看，量子态是质子、中子、原子等粒子的具体状态，可以代表粒子旋转、能量、磁场和物理特性，它包含量子测不准原理和量子纠缠，同时也是现代物理学的重点。量子纠缠是来源一致的一对微观粒子在量子力学中的纠缠关系，同时这也是通过量子进行密码传递的基础。Heisenberg 测不准原理作为力学基本原理，是同一时刻用相同精度对量子动量以及位置的测量，但是只能精确测定其中的一样结果。

（二）量子通信原理

量子通信素来具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的过程就是量子力学原理的展现。从最典型的通信系统来说具体包含：量子态、量子测量容器与通道，拥有量子效应的有：原子、电子、光子等，它们都可以作为量子通信的信号。在这过程中，由于光信号拥有一定的传输性，所以常说的量子通信都是量子光通信。分发单光子作为实施量子通信空间的依据，利用空间技术能够实现空间量子的全球化通信，并且克服空间链路造成的距离局限。

利用纠缠量子中的隐形量子传输技术作为未来量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力学，由两个光子构成纠缠光子，不管它们在宇宙中距离多远，都不能分割状态。如果只是单独测量一个光子情况，可能会得到完全随机的测量结果 ; 如果利用海森堡的测不准原理进行测量，只要测量一个光子状态，纵使它已经发生变化，另一个光子也会出现类似的变化，也就是塌缩。根据这一研究成果，实验者利用随机比特，随机转换已有的量子传输状态，在多次传输中，接受者利用量子信道接收 ; 在对每个光子进行测量时，同时也随机改变了自己的基，一旦两人的基一样，一对互补随机数也就产生。如果此时窃听者窃听，就会破坏纠缠光子对，发信息和接受信息的人也就发觉，所以运用这种方式进行通信是安全的。

（三）量子密码技术

从 Heisenberg 测不准原理我们可以知道，窃听不可能得到有效信息，与此同时，窃听量子信号也将会留下痕迹，让通信方察觉。密码技术通过这一原理判别是否存在有人窃取密码信息，保障密码安全。而密钥分配的基本原理则来源于偏振，在任意时刻，光子的偏振方向都拥有一定的随机性，所以需要在纠缠光子间分设偏振片。如果光子偏振片与偏振方向夹角较小时，通过滤光器偏振的几率很大，反之偏小。尤其是夹角为 90 度时，概率为 0; 夹角为 45 度时，概率是 0.5，夹角是 0 度时，概率就是 1; 然后利用公开渠道告诉对方旋转方式，将检测到的光子标记为 1，没有检测到的填写 0，而双方都能记录的二进制数列就是密码。对于半路监听的情况，在设置偏振片的同时，偏振方向的改变，这样就会让接受者与发送者数列出现差距。

（四）量子通信的安全性

从典型的数字通信来说：对信息逐比特，并且完全加密保护，这才是实质上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在长度有限的密文理论中，经不住穷举法影响。同时，伪随机码的周期性，在重复使用密钥时，理论上能够被解码，只是周期越长，解码破译难度就会越大。如果将长度有限的随机码视为密钥，长期使用虽然也会具有周期特征，但是不能确保安全性。

从传统的通信保密系统来看，使用的是线路加密与终端加密整合的方式对其保护。电话保密网，是在话音终端上利用信息通信进行加密保护，而工作密钥则是伪随机码。

二、量子通信应用与发展

和传统通信相比，量子通信具有很多优势，它具有良好的抗干扰能力，并且不需要传统信道，量子密码安全性很高，一般不能被破译，线路时延接近 0，所以具有很快的传输速度。目前，量子通信已经引起很多军方和国家政府的关注。因为它能建立起无法破译的系统，所以一直是日本、欧盟、美国科研机构发展与研究的内容。

在城域通信分发与生成系统中，通过互联量子路由器，不仅能为任意量子密码机构成量子密码，还能为成对通信保密机利用，它既能用于逐比特加密，也能非实时应用。在严格的专网安全通信中，通过以量子分发系统和密钥为支撑，在城域范畴，任何两个用户都能实现逐比特密钥量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系统。在广域高的通信网络中，受传输信道中的长度限制，它不可能直接创建出广域的通信网络。如果分段利用量子密钥进行实时加密，就能形成安全级别较高的广域通信。它的缺点是，不能全程端与端的加密，加密节点信息需要落地，所以存在安全隐患。目前，随着空间光信道量子通信的成熟，在天基平台建立好后，就能实施范围覆盖，从而拓展量子信道传输。在这过程中，一旦量子中继与存储取得突破，就能进一步拉长量子信道的输送距离，并且运用到更宽的领域。例如：在対潜安全系统中，深海潜艇与岸基指挥一直是公认的世界难题，只有运用甚长波进行系统通信，才能实现几百米水下通信，如果只是使用传统的加密方式，很难保障安全性，而利用量子隐形和存储将成为开辟潜通的新途径。

三、结束语

量子技术的应用与发展，作为现代科学与物理学的进步标志之一，它对人类发展以及科学建设都具有重要作用。因此，在实际工作中，必须充分利用通信技术，整合国内外发展经验，从各方面推进量子通信技术发展。

获政治局集体学习的量子科技究竟是什么黑科技？正宗概念股看这里

消息面上，10月16日，中央政治局会议就量子科技研究和应用前景进行了集体学习，并要求加强量子科技发展战略谋划和系统布局，表明量子领域发展进入最高层视野，短期内有望出现估值提升的主题性投资机会。

今日量子科技板块集体高开近8%，科大国创（300520）、蓝盾股份（300297）一字涨停，国盾量子、飞利信（300287）、迪普科技（300768）等共计10只个股涨超10%，板块赚钱效应极强！

什么是量子通信

华安证券（600909）研究认为，量子通信是一种加密通信，其核心原理是利用量子状态的不确定性产生随机密钥，一旦通信被窃听则会改变量子的状态，窃听就会被察觉，进而使得密钥无法被破解，实现了通信的保密性。

与传统通信相比，量子通信具有以下优势：1.绝对安全：信息传递过程中，任何试图获取密钥的操作都会改变量子状态，从而立即被收发者查知；量子通信不会发出电磁辐射，无法进行无线监听；2.大信道容量：量子通信容量比传统光通信提高了几个数量级，既可满足干线宽带大容量信息传输需求，也可灵活应用于各支线容量需求不是很高的传输；3.零延迟：量子信息传递不会受到任何障碍的干扰，通信延迟几乎为零；4.抗干扰能力强：信息传输无需媒介，不受外部环境的影响。

量子科技产业前景广阔

华安证券认为，量子科技产业推行的政策主要可分为三个阶段：战略部署阶段、战略实施阶段和产业化推广阶段。

整体来看，量子通信产业的市场行情容易受到政策等事件性因素的显著催化，因此相关政策的出台往往会带动一波估值催化行情。值得注意的是，尤其是近期政治局如此高规格的层面集体学习量子科学技术，在各种前沿技术里是比较少见的，其可能产生的催化效果更是不容忽视。

华安证券表示，量子通信最显著的优势是其传输的安全性，因此被广泛应用的领域对信息安全要求很高。当前中国已实现量子通信在军事国防、政务、金融，互联网云服务，电力等领域的应用，预计未来几年随着产业化的逐渐深入以及技术的成熟，量子通信产业将逐步壮大并带动行业基本面的整体上行。

在市场规模方面，华安证券预期，量子通信2020年市场规模将达到500亿元，2025年翻倍突破1000亿元。政府、产业端上下游均已加强对量子通信网络建设的支持和投入力度，量子通信产业持续增长将使得传统的信息产业发生颠覆式变革，进而带动包括计算机产业、区块链及数字货币、人工智能业、软件业、卫星通信业等产业的新机遇。

获政治局集体学习短期估值有望得到提升

华安证券认为，从历史情况来看，产业指数行情的走强和政府的重视及政策的支持程度有着密不可分的关联，值得一提的是近三年来的每次有关前沿科技的集体学习都带动了相关产业概念的短期整体估值明显提升。

2017-2019年三次政治局会议关于前沿科技的集体学习都在短期内迅速拉动了相关产业指数的上涨，且均远远跑赢了市场同期收益水平。

政策催化的估值提升主要有几个特点：斜率高、时间短、持续性差。近三年的政治局集体学习带来的短期行情通常会持续1-2周左右，带来的相关指数上涨幅度在5-15%之间，超额收益率在5-12%之间，因此在短时间内促使指数高斜率攀升。短期内的爆发之后，情绪褪去，估值回调，各指数均有一定程度的回落。具体到本次政治局会议学习量子科学技术的前景与应用，最高层关注有望带来一轮短期的估值提升行情。

机构推荐

华安证券认为，量子通信产业重点关注基础元器件供应商，核心设备制造商，网络建设运营商以及下游应层。标的关注国盾量子、凯乐科技（600260）、光迅科技（002281）、亨通光电（600487）、神州信息（000555）、三力士（002224）、浙江东方（600120）、蓝盾股份等。

国盾量子：量子通信主设备制造龙头

国盾量子是国内量子通信行业的龙头企业，第一家从事量子信息技术产业化的公司，国内最大的量子通信设备制造商和量子信息系统服务提供商，相关技术专利数量全国第一。

公司主要从事量子通信产品的研发、生产、销售、解决方案以及技术支持。主要产品包括量子保密通信网络核心设备、量子安全应用产品、核心组件以及管理与控制软件四大门类。公司主要产品被部署在量子保密通信骨干网、城域网和接入网，产品与技术得到了充分验证,公司产品在国家重大活动保障中发挥作用。

凯乐科技：量子通信产品率先量产

凯乐科技专注于大通信产业闭环和互联网领域，是高端通信设备软硬件的制造服务商，在通信光纤、光缆、通信硅管制造方面在国内处于领先水平。大通信产业闭环产品包括光纤、光缆、数据线缆、量子通信数据链产品、自主可控计算平台、智能指控终端等民用和军用产品。

公司量子通信产品已经率先量产，并且投资量子通信技术数据链产品产业化项目，拟投资新建一个生产中心及研发中心，用于量子通信技术数据链产品的研发及生产。

光讯科技：基本面逆势上行，毛利率不断提升

光迅科技是国内光器件龙头企业，上游核心光电子器件供货商，是目前中国唯一有能力对光电子器件进行系统性、战略性研究开发的高科技企业，拥有中兴通讯、华为技术、烽火通信（600498）等稳定客户。主营业务包括：信息科技领域光、电器件技术及产品的研制、生产、销售和相关技术服务，信息系统的工程设计、施工、集成等。

公司是国家高技术研究发展计划成果产业基地武汉光通信与光传感材料及器件成果产业化基地的主要建设单位之一，被国家科学技术部火炬高技术产业开发中心认定为“国家火炬计划重点高新技术企业”。先后承担国家“863”、“973”、国家科技攻关等项目数十余项。近年来公司营收稳步上行，受益于产品结构逐步向高端升级，公司总体毛利率得到提升,2020H1公司利润逆势增长，同比46.33%。

本文源自同花顺金融研究中心

相关问答

光纤量子通信是什么?

光纤量子通信是一种利用量子技术进行信息传输的高速通信方式。与传统线路所传输的信息不同,光纤量子通信中传输的信息是以极其微小的粒子——量子的形式存在。...

量子通信与激光通信有什么区别?

一.定义的区别:量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。激光通信是一种方向性极好的单色相干光,利用激光来有效地传送信息。二.两...

量子通信科技名词的含义是什么?

量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式,基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被计算破解的绝对安全性保...

墨子奠定了光通信、量子通信的基础吗?

不知道潘院士是不是真的说过,墨子是光通信和量子通信的鼻祖,奠定了光通信和量子通信的基础。但是,确实我们中不少人有这样的一种倾向,喜欢拿祖宗的只言片语当...

量子激光led原理?

量子激光(quantumlaser)是一种基于半导体材料的新型激光技术。激光二极管(LED)则是一种半导体器件,通过电流直接将电能转换为光能。因此,量子激光LED也可...

量子纠缠和量子通信怎么能通俗易懂的解释?如何使非专业人士能了解?

非专业人士要对量子纠缠和量子通信这两个概念产生比较准确的了解,而不是被伪科学宣传带到沟里去,应该知道以下几个要点。一,量子纠缠和量子通信都来自量子力...

华为怎么样使用量子加密功能?

华为在使用量子加密功能时,首先需要将数据使用量子密钥进行加密,然后通过光通信或者卫星通信等方式进行传输。接收方再使用相同的量子密钥进行解密,确保数据在...

墨子号量子科学卫星升空近三年后，量子通讯技术在理论和应用上有何最新进展和突破么?

量子物理其实所有的概括范围都还只是在理论到实验方面的跨度,并没有从实验走向实用性,很简单量子物理从发现到现在差不多一百年了,但是从理论到实验中间的跨度...

福晶科技.是不是量子通信股?

福晶科技:公司主要从事非线性光学晶体、激光晶体及精密光学元器件的研发、生产和销售,其产品广泛应用于激光、光通讯等工业领域。安信证券研报提及,公司在激...

两地之间的量子通信是否会因距离变远而产生信号延迟，量子通信的速度是否会超过光速?

根据量子理论来说,传输数据比光速快。因为光速是有速度的,而量子通信几乎是实时,没有延迟。科学家根据实验验证,具有纠缠态的两个粒子无论相距多远,只要一个...