量子通信利用量子力学原理进行信息传输和处理, 具有高安全、高容量等优点。如今，网络信息安全形势日益复杂，量子通信作为从物理机制上实现绝对安全的信息传输的新型通信方式，目前已成为全球信息通信行业的关注焦点。其中，能够进行信息直接传输的量子隐形传态技术仍处于实验研究的探索阶段，是量子信息领域基础科研的前沿热点。而以量子密钥分发为核心的量子保密通信技术，能够大幅度提升现有通信技术的信息传输安全性，在政务、金融、外交、军事等领域具有广阔的应用前景，近年来在技术研究、试点应用和产业推广等方面发展迅速。
一、量子通信技术及其特点
（一）量子通信技术概述
量子通信的基本思想主要由Bennett等于20世纪80年代和90年代起相继提出，主要包括量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）和量子态隐形传输（QuantumTeleportation）。量子密钥分发可以建立安全的通信密码，通过一次一密的加密方式实现点对点的安全经典通信。这里的安全性是在数学上已经获得严格证明的安全性，这是经典通信迄今为止做不到的。现有的量子密钥分发技术可以实现百公里量级的量子密钥分发，辅以光开关等技术，还可以实现量子密钥分发网络。量子态隐形传输是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量，实现量子态（量子信息）的空间转移而又不移动量子态的物理载体，这如同将密封信件内容从一个信封内转移到另一个信封内而又不移动任何信息载体本身。这在经典通信中是无法想象的事。基于量子态隐形传输技术和量子存储技术的量子中继器可以实现任意远距离的量子密钥分发及网络。
量子通信的实现基于量子态传输。为便于传输，现有的量子通信实验一般以光子为量子态载体，其表现形式即为光子态传输。量子信息的编码空间以光偏振为主。
如前所述，量子态隐形传输只是在空间转移量子信息（量子态），但并不转移量子信息的物理载体。若以光子为量子信息载体，量子态隐形传输就是把量子信息从一个光子上转移到远处另外一个光子上。这样的量子态隐形传输有一个明显的应用：在恶劣信道情况下，若直接传输光子本身进行量子通信，将会由于误码率过大而无从实现通信任务。而基于量子态隐形传输的量子通信由于无需传输光子本身，其通信质量不受物理通道影响。量子态隐形传输需要通信双方预先共享一个量子纠缠态。为了预先共享纠缠对，需要预先进行纠缠对分发。实际上，纠缠分发本身也可以用来实现量子密钥分发。通信双方预先共享的纠缠对的质量取决于纠缠分发时的信道状况。用于各类噪声的存在，共享纠缠对一般是不理想的。Bennett 等人的理论表明，通过对不理想纠缠对纯化可以获得高质量纠缠对。因此可以实现高品质的量子态隐形传输。目前，量子态隐形传输、纠缠光子对分发，以及纠缠纯化都已经获得广泛实验研究。
（二）量子通信技术发展特点
量子通信是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科，量子态具有不可分割、不可测量、不可克隆的特性，与目前成熟的通信技术相比，量子通信技术具有以下主要特点：
（1）具有极高的安全性和保密性。量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种全新的通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息。量子通信最大的颠覆性就是其无条件安全，信息传递过程中采用“一次一密”的加密方式，任何截获或测量量子密钥的操作，都会改变量子状态，同时，量子通信没有电磁辐射，第三方无法进行无线监听或探测，从而确保了两地之间通信的绝对可靠。
（2）超大信道容量。量子通信的信息传输载体为光量子态，根据量子信息论原理，1个光量子在常温下可携带几十比特信息，而现行的传统光通信系统，折合1个光量子在常温下仅能携带几十分之一比特信息。这使得量子通信容量比传统光通信提高了几个数量级。量子通信的大容量传输特性可以满足干线宽带大容量信息传输需求，也可以灵活应用于各支线容量需求不是很高的传输，在接入网、局域网等领域也可以灵活应用。特别是在国防干线、重要支线、专线、全球核安控系统、火箭军发射地域等均有重要应用价值。
（5）传输能力强，无需介质。量子通信与传播媒介无关，传输不会被任何障碍阻隔，量子隐形传态通信还能穿越大气层，既可在太空中通信，又可在海底通信，还可在光纤等介质中通信。基于量子纠缠的隐形传输技术是把量子态从一个地方传送到另一个地方。在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态在一个地方神秘消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘出现。经典通信系统都需要依赖一定的传输信道，只要是依赖介质传输，通信的有效性、可靠性就必然受到介质的影响，基于量子纠缠的隐形传输技术，既然不需要借助传输介质，就不受传输环境介质的影响，应用会更加广泛。
（4）时效性高、传输速度快。量子通信的线路时延近乎为零，量子信道的信息效率相对于经典信道量子的信息效率高几十倍，并且量子信息传递的过程没有障碍，传输速度快。量子信息的传递速度取决于量子态的塌缩速度，而塌缩速度非常之大。因而，理论上量子信息的传递速度是超高速的。此外，量子超高速通信完全环保，不存在任何电磁辐射污染。
（5）抗干扰能力强。量子通信中的信息传输不通过传统信道，与通信双方之间的传播媒介无关，不受空间环境的影响，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。
二、国内外发展现状
（一）国外发展现状
美国对量子通信的理论和实验研究开始较早，是最先将量子通信技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家。20世纪末，美国政府便将量子信息列为“保持国家竞争力”计划的重点支持课题。2004年，美国雷神公司和波士顿大学在DARPA支持下建成了世界上第一个量子密码通信网络。2006年，美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室——美国国家标准局联合实验组和奥地利的Zeilinger教授领导的欧洲联合实验室对量子诱骗态密钥分发方案作了进一步完善，并实现了超过100公里的量子保密通信实验。2007年，美国科学家让两个独立原子实现了量子纠缠和远距离量子通信。2009年，美国DARPA和洛斯阿拉莫斯国家实验室分别建成了两个多节点量子通信互联网络，并与空军合作进行了基于机载平台的自由空间量子通信研究，建成城域量子通信演示网。同年，美国麻省理工学院科学家在冷原子量子存储和波动研究领域有了新的突破，相关技术是设计量子信息网络的关键。同时，美国航空航天局也计划在其总部与喷气推进实验室之间建立一个直线距离600公里、光纤长1000公里左右的包含10个骨干节点的远距离光纤量子通信干线，并计划向星地量子通信拓展。
欧盟推出了用于发展量子信息技术的“欧洲量子科学技术”计划以及“欧洲量子信息处理与通信”计划，这是继欧洲核子中心和航天技术采取国际合作之后，又一针对重大科技问题的大规模国际合作。2004~2008年，欧洲的41个研究单位和企业共同建设和运行了“基于量子密码的全球保密通信网络”（SECOQC），该研发项目组建的7节点量子保密通信演示验证网络于2008年成功运行。此后，瑞士和西班牙相继建设了各自的量子通信网络。2006年，欧洲慕尼黑大学与维也纳大学联合研究团队成功实现了诱骗态方案，并实现了超过100km的量子保密通信实验。2007年，由奥地利、英国、德国等多国科学家合作，在量子通信中圆满实现了通信距离达144km的最远记录。2008年，意大利和奥地利科学家研究团队首次识别出从地球上空1500km处的人造卫星上反弹回地球的单批光子，实现了太空绝密传输量子信息的重大突破，为将量子通信用于全球通信做好了准备。2010年4月，欧盟相关机构在更新的《量子信息处理和通信：欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》中指出，欧洲未来十年将实现基于自由空间的星地量子密码和千公里级别的光纤量子密码通信。2016年，欧盟委员会发布了《量子宣言》，称将在2018年启动一项10亿欧元的量子技术旗舰计划，目的是促使欧洲在新一轮量子革命中处于技术制高点。欧洲空间局也计划到2018年，在国际空间站的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路，首次演示绝对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。
日本对量子通信技术高度重视并每年投入2亿美元，计划在5~10年内建成全国性的高速量子通信网。日本政府提出了以新一代量子通信技术为对象的长期研究战略，并计划在2020年~2030年间建成绝对安全保密的高速量子通信网，从而实现通信技术应用上质的飞跃。2009年，由日本国家信息通信技术研究院（NICT）主导，联合日本NTT、NEC和三菱电机，并邀请到东芝欧洲有限公司、瑞士ID Quantique公司和奥地利AllVienna共同协作，在东京建成了6节点城域量子通信网络“TokyoQKD Network”。日本国家信息通信技术研究院计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网。
（二）国内发展现状
我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，得益于中国十一五、十二五和863计划的全力投入，我国量子通信技术水平逐渐提高、进入国际前列。从1993年到2005年这个阶段，量子通信实验技术迅猛发展。
1995年，中国科学院物理研究所吴令安小组在实验室内完成了我国最早的量子密钥分发实验演示。2000年，该小组又与中国科学院研究生院合作利用单模光纤完成了1.1km的量子密钥分发演示实验。2002年至2003年间，我国华东师范大学曾和平小组和瑞士日内瓦大学Gisin小组分别在50km和67km光纤中演示了量子密钥分发。2005年，中国科学技术大学郭光灿小组在北京与天津之间距离125km的商用光纤中成功进行了量子密码实验，完成了量子密钥分发的演示性实验。
最近几年，伴随诱骗态方案的提出，新技术突破不断涌现，自主研发的量子路由器、量子程控交换机及终端设备已能满足实用化要求，量子通信的发展也进入爆发式阶段。
2006年，中国科学技术大学潘建伟团队在世界上首次利用诱骗态方案实现了安全距离超100km的光纤量子密钥分发实验。由此，量子诱骗态打开了量子通信技术应用的大门，开始从实验室演示走向实用化和产业化。
2008年底，潘建伟团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统，在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网，成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一（另一小组为欧洲联合实验团队）。2009年9月，潘建伟的科研团队正是在3节点链状光量子电话网的基础上，建成了世界上首个全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。这一成果在同类产品中位居国际先进水平，标志着中国在城域量子网络关键技术方面已经达到了产业化要求。
2013年7月，全球首条量子保密通信干线——“京沪干线”项目启动。该项目是连接北京、上海，贯穿济南和合肥全长2000余公里的量子通信骨干网络，将推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的大规模应用，并通过北京接入点实现与“墨子号”的连接，是实现覆盖全球的量子保密通信网络的重要基础。2017年9月，“京沪干线”正式开通。未来，我国还将建设全球化的量子通信基础设施，预计2030年前后形成规模。
2014年，中国科学技术大学的研究团队将远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200km，并将成码率提高了3个数量级，创下新的世界纪录。2016年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》发布，其中“量子通信”和“天地一体化信息网络”成为十大重点推进项目，预计两大专项基金支持力度接近千亿，极大推动量子通信在军用、民用两大领域的大规模建设和应用。
2016年8月16日，中国科学技术大学的研究团队成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态。如今，在不到一年的时间里，就完成了原定两年的星地高速量子密钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐形传态实验三大科学目标。
2017年3月，全球首条量子通信商用干线——“沪杭干线”正式全线接通，该干线将实现杭州和上海两地间的量子安全级别语音电话、视频电话、文件传输业务。沪杭量子通信商用干线总长260公里，总投资1.7亿元，沪杭量子通信商用干线作为全球第一条量子通信商用干线，标志着量子通信产业化时代的到来，拉开了量子通信产业市场化运营的序幕。
2017年12月4日，在乌镇举行的世界互联网大会上，中国网安的技术团队发布了量子保密通信领域的最新研究成果——新型高速量子随机数发生器。这款由中国网安研发的新型高速量子随机数发生器，实现实时产生速率大于5.4Gbps，极限值突破117Gbps，刷新了此前中国科学技术大学团队研制的68Gbps的高速量子随机数发生器记录，成为目前世界上产生速率最高的量子随机数发生器。
如今，我国量子通信技术经过多年的潜心研究，已经开始走向产业化阶段。我国的量子通信技术已经实现了超过200公里的安全信息传输，实用化安全传输距离已达到几十公里，量子通信网络技术已经发展成熟。从目前的实际情况来看，将量子通信网络与现有网络进行融合是最优的发展战略。中国量子通信下一步的发展目标就是要明确定位等相关问题，一是注意与现有通信的融合，要善于借鉴现有的通信技术，另一方面是在未来要着手制定量子通信安全性标准。
现在，量子通信已经列入国家十三五规划重点，上至国家顶层设计、国家领导人讲话，下至各部委工作部署，量子通信都是国家未来重点发展的方向。在最新的文件中即“发改委关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知”，提出要建设国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程，并对建设内容、指标要求、负责机构、投资要求等做出了明确规定，相信我国量子通信的新一期建设将很快落地。
三、量子通信技术的军事应用
量子通信是面向未来的全新通信技术，在安全性、高效性上具有经典通信无法比拟的优势，已经引起各国国防部门的充分重视。如今，发展量子通信技术已经成为事关提升国家信息技术水平、增强网络空间安全保障能力的战略事项。在相关产业背景下，量子保密通信，尤其是量子密钥分发网络及其融合应用部署，已经成为国际行业竞争的战略技术热点。
美国国防部已将量子通信推向实用化，并称其为最安全的通信方式。量子通信所具有的无条件安全性，可以运用在军事领域中，用来传递各个区域或者各个国家之间的信息，保证了军事安全和国家安全。根据量子通信具有的突出优点和目前的技术现状，基于光纤信道的量子通信技术已趋于成熟，其军事应用主要在以下几个方面：
（一）构建通信密钥生成与分发系统
指挥作战信息在传输、接收和处理任何环节中，都涉及到安全性和保密性，对信息的加解密和密钥管理与分发技术一直是国内外军事机要部门关注的热点。传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的秘密性。然而为了生成密钥，发送方与接收方必须选择一条安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥的分发总是会在合法使用者无从察觉的情况下被消极监听。而量子密钥生成与分发系统是在量子理论基础上提出了一种全新的安全通信系统，通过量子路由器互联，可以在任意两个量子密码机间生成共享的量子密码，供各类通信保密机使用。技术人员在现有的军事通信系统网络基础上，可以通过提案及平台部署量子通信密钥生成与分发系统，向未来战场覆盖区域内的任意两个用户分发量子密钥，从而构成作战区域内机动的安全军事通信网络。它从根本上解决了密钥的安全性问题，任何对于量子信道进行监测的尝试都会以某种检测的方式干扰在此信道中传输的信息，发送方与接收方均能发现窃听者的存在。
（二）构建战区安全通信网
如今，现代战争是诸兵种联合作战条件下的高技术战争，由于目前国防光缆网和阵地光缆建设发展日趋完善，可以根据不同的作战区域大小，以及战区光缆建设情况，采用基于光纤信道的量子通信，通过量子密钥实时加密，可以构建作战区域高安全通信网络。同时，随着计算机技术、信息技术和网络技术的迅猛发展，通过计算机互联网窃取军事信息也成了敌方利用的主要手段之一。由于军事办公机关与外界的互联主要通过互联网进行，传统的防火墙和信息过滤等技术只能治标不能治本，通过各种“黑客”攻击窃取信息的例子屡见不鲜。根据目前量子通信距离和量子通信现状，利用量子信息独特的特性组建各类军事机关加密办公通信网，可以在小范围内，任意两个用户之间实现量子密钥的加密通信，构成高安全性能的通信网络。
（三）构建核心加密信息链
信息链是连接“传感器到射手”的信息处理、传输和分发平台，首长指挥员必须根据各类“传感器”收集到的信息，进行综合分析和数据融合，通过各种辅助决策软件形成作战指挥信息，指挥作战信息下达采用数据链进行逐级和越级下达到“射手”。目前国防光缆网建设情况，采用基于光纤信道的量子通信，分层次、分段进行量子密钥实时加密，可以构建成“高层、中层和基层”加密通信网络，完成“指挥员到射手”和“射手到指挥员”之间的高安全通信。由于光量子密码具有“不可破”和“窃听可知性”，且光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合。因此，可以用来改进目前军用光网信息传输保密性，从而提高信息保护和信息对抗能力。
（四）构建超高速信息网络
军事信息网络需要大容量、高速率传输处理及按需共享能力。随着量子通信技术的研发突破和日趋成熟，可以利用量子隐形传态及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的超高速军事信息网络，保障军事网络中海量数据的安全传递和共享。
除此之外，量子通信还能够应用于信息对抗，改进军用光网信息传输保密性，提高信息保护和信息对抗能力；能够应用于深海安全通信，为远洋深海安全通信开辟了崭新途径；利用量子隐形传态以及量子通信绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的军事信息网络，为国防和军事行动赢得先机。
四、结语
一直以来，军事领域对先进技术都是最为敏感，也是受影响最大、最直接的。面向未来、预测战争是军队应对未来挑战的时代使命，从军事应用的角度考量量子通信可能引发的新军事变革的重大突破，研究由此带来的作战样式深刻变化，引发的战争形态演变以及所酝酿的对国际军事均衡的巨大冲击，无疑具有很强的战略和前瞻意义。
（一）推动信息化战争体系重塑
信息技术飞速发展，信息化战争以一种新的战争形态登上人类战争舞台，体系作战成为现代战争的显著特点，而维系可靠的战争体系必须要有能够高速率、大容量传输及处理信息的军事信息系统。量子通信的超大信息容量和超高通信速率能够有效满足现代战争体系的特殊需求。量子技术的发展使现代作战体系构筑得更为坚固，并大幅提升了武器装备作战效能，进一步增强了现代战争的体系作战水平。战争活动既在现实空间，也在虚拟空间，以及两者之间交互进行。作战武器不再局限于一两件主导性武器平台，而是一个由各种先进武器节点构成的信息网络，由无数无处不在的战场传感器和分布式、自主化的作战编队和集群构成。通过建立战场量子通信网络，可以更加广泛、安全可靠地实现所有作战单元直至单兵的互联互通，构建一个更加安全、更加畅通的作战体系。
（二）引领战争形态迈向更高阶段
信息化社会战争新形态，既是在继承传统战争的基础上发展形成的，同时又是不同于传统战争形态变化的结果，这其中新技术起到了催化剂的作用。军事与科技是相辅相成的，科技进步支撑着军事发展。量子通信及其所代表的量子科学因其可能打破战略平衡和前所未有的颠覆性，多方位向军事领域渗透并应用，逐步成为改变战争“游戏规则”、影响作战进程、决定战争胜负的关键技术，也是当今世界主要大国战略角逐的重要领域。从基于效果理论观点看，量子通信技术对军事建设和未来作战的直接影响，表现在军事建设和战争实践的各领域各方面。因此，必须要以识变、应变、求变的胆识和睿智，紧跟世界新军事变革大势，紧扣量子通信技术带来的时代性变化，利用好新技术带来的新机遇，应对好可能出现的新挑战。
（三）打破国际军事战略均衡
为发展中国家军队跨越发展提供途径，能够从根本上改变对手间军力对称局面的技术才具有所谓的颠覆性。当今世界已经形成了以美国军事霸权为主，多极并存的新军事均衡局面，如果没有颠覆性技术的改变，那么发展中国家军队将有可能一直在追随发达国家的脚步前行，从而始终处于后进的序列。量子技术既是代表军事领域前沿技术发展汇集的核心地带，也是最富有创新性、最具超越性、最有颠覆性的科学技术发展前沿，量子技术为军队战斗力发生质的变化，超越传统军事能力体系提供了跨越的途径。在这样一个作战理论与前沿技术双重驱动引发新一轮军事革命的关键时代，如何从战略全局高度把握量子通信为代表的量子技术发展演变趋势，确立其在军事领域的主攻方向和突破口，是下好先手棋，打好主动仗的根本。
声明：本文来自网络安全新视野，版权归作者所有。文章内容仅代表作者独立观点，不代表安全内参立场，转载目的在于传递更多信息。如有侵权，请联系 anquanneican@163.com。
