量子通信及其在电力通信中的应用

量子通信及其在电力通信中的应用

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摘要:量子通信技术在近年来取得突破性进展,在安全传输方面的特性使得其成为通信技术领域的重要技术,在国内外官方机构的交流以及通信中得到了广泛应用和发展。电力通信作为通信中的重点领域,对于新技术的需求较高,在电力通信技术基础上的量子通信技术应用研究能够为这种新的通信技术更好应用在电力通信领域提供重要的支撑。

关键词:量子通信技术;电力通信;应用

引言:

量子通信技术是力学和经典通信的相合产物,可以有效的提高我国科学技术水平,促进电子行业快速发展。量子通信技术在电力通信系统中建立了通信专网,只有这样才能保证电子通信在使用过程中的安全性。由于电力通信数据具有一定的特殊要求,只有使用量子通信技术才能满足其需求,从而促进我国电子行业与电力行业的快速发展。

1量子通信技术的特点

与传统的通信技术方式相比,量子通信技术的特殊性主要体现在以下两方面。

(1)独特的安全属性。获取量子状态必须在破坏或者改变量子态的前提之下,信息在量子信道传递的过程中如果遭遇窃听、截获、复制等会产生一定的信息反馈,从而通知信源或者信宿,这种绝对的安全性是传统通信技术所不能够匹敌的。

(2)能够实现无障碍通信。量子通信技术是基于量子纠缠技术开发的通信技术,而这种纠缠态使得相互纠缠的两个粒子无论距离有多远,只要一方发生变化,另一方也会产生相应的变化,这种属性使得通过隐性传输相应的信息成为一种可能,减少了信息传输的障碍,从而实现信息的无障碍传递。

2量子通信技术现状

我国的量子通信技术布局早,成果卓著。中国科学院从20世纪90年代就开始布局量子通信技术。2001年在合肥成立了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部,2011年5月在济南成立了中国科学院量子技术与应用研究中心,2014年1月15日在合肥成立了中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心,这3个研究部、研究中心和卓越创新中心都由潘建伟院士担任主任。以中国科学院、中国科学技术大学在量子信息与量子科技前沿领域已取得的领先优势为基础,创新机制体制,瞄准前沿研究热点和国家重大需求,着力突破推动量子科技革命的前沿科学问题和战略性高技术问题。

虽然我国在量子通信方面的理论研究晚于西方国家,但是经过长达四十年的发展,我国量子通信技术的研发已走在了世界的前列,并且在一些领域超跃世界其他国家,成为领先者。

2006年中国科学技术大学潘建伟教授领导的科研小组,通过纠缠光子对实现了免受外界干扰的量子密码传输。2007年3月,郭光灿领导的科研小组在北京网通建立了有4个用户的量子密码通信网络,用户之间的距离为32~42.6km。2016年,世界第一条量子保密通信干线——“京沪干线”全线贯通,这条全长2000多公里的量子通信线路标志着我国量子统计在世界发展中所取得的成就和地位。而2016年8月,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射成功,吸引了世界科技界的目光。

除了技术层面的实践以外,我国在量子通信方面的科学研究也在不断丰富和发展。2017年8月20日由全国量子力学研究会理事会、清华大学、中国科学技术大学、南京大学、吉林大学等19所高校以及全国量子力学教学、科研专家参与的全国量子力学发展交流会在昆明举行,围绕量子信息、量子统计等热点问题开展相关的交流,也为高校培养量子通信技术方面的高素质人才提供了交流平台。

3量子通信技术在电力系统中的应用前景

3.1构建量子加密异地备份数据传输链路

随着社会不断的发展,我国电网规模的不断扩大,电力企业由传统的发展模式转变成全新的信息化发展模式,但是在实际发展过程中常常会面临着一些安全风险问题,这对电力企业的发展来说造成了很大的影响。直到量子通信技术的出现才有效的改变了这一现状,保证了电力系统在使用过程中的安全性,从而促进我国电力企业快速发展。现阶段,国网省公司已经开展了全新的调度系统和信息容灾体系的建设,并相继形成了全新的数据易灾中心,只有这样才能保证数据信息在传输过程中具有较高的准确性。量子保密通信技术具有较高的安全性和复杂性,这些都是保密通信方面所具有的优势。使用量子密钥分发可以将电力通信的主、备数据信息进行加密交换,只有这样才能建立一项高效、安全的异地数据备份传输通道,从而保证量子通信技术可以在电力通信方面中得到广泛的应用。

3.2构建核心加密通信网

电力企业的电脑被攻击,可能引发用电行业的瘫痪,造成社会大面积混乱。传统的防火墙和信息过滤技术无法从根本上解决“黑客”攻击的问题,随着量子通信距离和多用户量子通信技术的突破,利用量子通信技术构建网省地重要调度机构加密通信网,在网络上任意两用户间实现量子密钥的加密通信,将能保证营销、市场、办公等重要业务的安全性。

3.3构建对点对量子加密保护通道

对于电通信方面的保护工作,需要采用光纤、复用2M的通道方式进行,只有这样才能保证数据信息在传递过程中的实效性,但是却不能保证数据具有较高的安全性。随着社会不断的发展,量子通信技术也发生了巨大的改变,一些两点之间的量子通信技术慢慢的走向成熟化,通信距离也在逐渐扩大,并为光量子进行保护,从而跟上保障了电力通信相关数据信息的安全性。

3.4构建加密量子交换网络

除了常规的网络信息传输途径以外,一些重要的信息也会通过电话的方式来传输,尤其是一些生产指令的上传下达,这也使得保障电力企业电话通信技术的安全性成为一项重要的工作。量子交换机对传统通信网络的控制以及对量子交换网络的控制能够为电力企业构建高安全性的量子交换网络平台,发挥其在防止信息窃听等方面的优势。而近年来我国量子交换机的研究为这种加密量子交换网络平台的实现提供了重要的技术支撑。例如,阎毅基于量子通信系统的相关理论与实践,提出了一种基于光开关的量子交换器,这种交换器主要由交换模块、控制模块和输入输出模块组成,通过在量子通信网络的信源与信宿之间建立光子链路,来为通信双方提供量子信道,同时通过搭建量子交换平台,用微弱的光源来对该平台进行测试,从而为量子通信网络提供了一些可以使用的节点。这种基于量子交换网络平台的技术在某种程度上打破了电力企业通信方面的限制,为企业信息的安全、灵活传输提供了可能。

3.5应急量子通信

如果发生自然灾害,电力通信电等设备受到损害时,电力通信网络就会进入瘫痪阶段,如工作人员不能及时进行维修,从而造成大面积的网络瘫痪。现阶段,量子隐形传态技术已经得到了快速发展,并在各个领域中得到了广泛的应用。利用该技术还可以有效的建立一项全新的量子卫星通信系统,保证电力通信方面的使用安全。

结束语:

随着科学技术的发展,电力系统信息化程度不断提高,电网的安全运营对电力通信系统安全性的依赖也日益明显。量子通信技术因其高效率和绝对安全性,将在未来电力通信系统基础设施建设方面扮演重要角色。但在应用过程中,结合电力业务需求和现有网络现状,亟需开展单光子和纠缠态制备、理想量子信道、量子通信协议、量子存储、量子探测等重要技术的进一步研究。

参考文献:

[1]李霏雯.量子通信技术现状及发展趋势初探[J].通讯世界.2016(10)

[2]于秋生,马超,周洁.量子通信技术在电力通信方面应用展望[J].山东工业技术.2016(24)

[3]严晓玲,江冬娜.量子通信技术及其在电力系统中的应用分析[J].通讯世界.2015(21)

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