自由空间量子通信综述.pdf

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1、2015年8月舰船电子对抗Aug．2015第38卷第4期SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASUREV01．38No．40自由空间量子通信综述王(中国船舶重工集团公司第硕722研究所，武汉430079)摘要：要在军事通信领域里实现量子通信，就要解决量子通信的远程、无线应用问题，也就是要设法实现自由空间的远程量子通信。从将量子通信技术应用于各种军用平台远程安全通信的角度出发，给出了大气远程量子通信的发展状况，目前星一地量子通信实验研究的情况，以及水下自由空间的量子密钥分配可行性研究。关键词：自

2、由空间；量子通信；密钥分发；保密通信中图分类号：TN918文献标识码：A文章编号：CN32—1413(2015)04—0052—04DOI：10．16426／i．cnki．jcdzdk．2015．04．014OverviewofFree-spaceQuantumCommunicationWANGShuo(‘The722thResearchInstitute，CSIC，Wuhan430079，China)Abstract：Toachievequantumcommunicationinmilitarycommunic

3、ationfield，itisnecessarytosolvethelong—distanceandwirelessapplicationofquantumcommunication，i．e．，itisnecessarytotrytoachievethefreespacelong—distancequantumcommunication．Startingfromtheangleofap—plyingquantumcommunicationtechnologytolong—distancesecurecommuni

4、cationamongvariousmilitaryplatforms，thispapergivesthedevelopmentoverviewoflong—distancequantumcommuni—cationintheatmosphere，theexperimentstudystatusofcurrentsatellite—to—groundquantumcorn—munication，andthefeasibilitystudyofunderwaterfree—spacequantumkeydistri

5、bution．Keywords：free—space；quantumcommunication；keydistribution；securecommunication—工．口在有关信息领域新技术的各种媒体报道中，“量子通信”是个出现频率很高的词。实际上，在量子信息领域完成了论证、实验，并初步进入实用化的技术到目前只有“量子密钥分发(QKD)”。而采用了QKD技术的保密通信也只是在密钥的生成或分发上部分地应用了量子态，所以目前所说的初步实用化的“量子通信”，严格地讲应是量子密钥保密通信。与经典安全通信相比，量子通信

6、在安全性上具有无法比拟的天然优势。目前，基于光纤信道的量子通信技术已趋于成熟，然而量子中继方案虽然有了充分的演示实验验证，但要达到实际应用的水平还需进一步突破技术难点。因此，基于光纤信道的量子通信最远距离被限制在百公里量级。要在大范收稿日期：2015～04—29围内实现量子通信，尤其是在军事通信领域里实现，就必须解决量子通信的远程、无线应用问题，也就是必须要设法实现自由空间的远程量子通信。1星一地远程量子通信概念地面间的自由空间量子通信，因为受地球曲率和地面大气层中各种物理作用的影响，其最远距离只能达到100km

7、以上。而对于地面一卫星之间的自由空间信道来说，其衰减主要集中在地面大气层部分，这部分的大气厚度约等效于地表水平方向大气的5～10km，往返2次的信道衰减也就等效于10～20km。光子在经过了地面大气层部分后，在其上层的传输衰减则是可以忽略不计的。因此人们设想通过链接地一星，星一星(也可能不需要)，星一地来建立远程的高稳定低衰减的量子信道，从而实现量第4剪i‘坝：⋯t”江间量子通信综述53

8、冬_】⋯“些W}疔㈠肾．【_J¨，段目前，科学界在大量实验与理论研究的基础上普遍认为，通过卫星中转的方式进行远距离量子通信，是

9、实现大范围量子通信的最佳方案。正是在这种认识下，星一地量子通信技术的研究成了量子通信研究领域中极为引人关注的一个热点。我国在这方面的研究工作已处于世界领先水平，目前已完成了卫星量子通信实验有效载荷的航天工程初样研制工作，并计划在2016年发射相关的量子科学试验卫星。自由空间量子通信“在高损耗的地面成功传输100km，意味着在低损耗的太空传输距离将可以达到1000km以上”