量子通信是一门交叉学科，是通信电子科学和量子力学相结合的新兴产物，这种通信技术可以完成传统信息传输所不能完成的信息处理技术任务，与传统通信技术和通信方式相比，具有独特的优越性。量子通信是利用量子的不可复制性以及测量的随机性进行信息传递的一种新型通讯方式，与经典通信相比较，量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，是目前唯一被证明无条件安全的通信方式。此外，它还具有较强抗干扰能力、传输能力、高传输效率以及容量大、速度快等优点，理论上可以传输无限量的消息。由于其多方面突出的优势，这种量子通信技术得以被广泛应用于军事、国防等领域，在信息检测、信息传送以及信息对抗等方面占据优势，性能和用途都领先于其他通信技术。2019年我国量子通信行业市场规模将达425亿元，并预测在2023年我国量子通信行业市场规模将超800亿元，达到805亿元左右，2019-2023年均复合增长率约为17.31%。

 

　　分类

 

　　根据应用途径，量子通信可分为：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。按其所传输的信息内容分为是经典通信和量子通信而分为两类。前者主要传输量子密钥，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。

 

　　特点

 

　　量子通信具有很多特点，其中与传统的通信方式相较，量子通信最大的优势就是绝对安全和高效率性，首先传统通信方式在安全性方面就有很多缺陷，量子通信会将信息进行加密传输，在这个过程中密钥不是一定的，充满随机性，即使被相关人员截获，也不容易获取真实信息，另外量子通信还有较强的抗干扰能力、很好的隐蔽性能、较低的噪音比需要以及广泛应用的可能性。

 

　　难点

 

　　一是为了进行远距离的量子态隐形传输，必须要让通信的两地同时具有最大量子纠缠态。但是，由于环境噪声的影响，量子纠缠态的品质会随着传送距离的增大而变得越来越差。因此，如何提纯高品质的量子纠缠态是此刻量子通信研究中的重要课题。

 

　　二是如何实现量子信号的中继转发，取得令人满意的远距离通信效果。到目前为止，业界在光源、信道节点和接收机等方面还没有取得圆满成功，所需的安全性要求没有保障，可能被窃听。如何对实际量子密钥分发系统进行攻防测试和安全性升级是运行维护面临的难题。

 

　　三是因为中继节点的密钥存储和转发存在漏洞，可能成为整个系统的安全风险点。如何解决纠缠态对信道长度抖动过于敏感、误码率随信道长度增长过快等严重问题，也是一个令人头疼的问题。

 

　　发展方向

 

　　量子通信技术发展成熟后，将广泛地应用于军事保密通信及政府机关、军工企业、金融、科研院所和其他需要高保密通信的场合。量子通信未来有以下几个发展方向：

 

　　（1）采用量子中继技术，扩大通信距离

 

　　这方面以中国的“京沪干线”项目为代表。由于单光子在传输过程中损耗很大，对于远距离传输，必须采用中继

 

　　技术。然而量子态的非克隆原理给量子中继出了很大难题，因为量子态不可复制，所以量子中继不能像普通的信号中继一样，把弱信号接收放大后再转发出去。量子中继只能是在光子到达最远传输距离之前接收其信号，先存储起来，再读出这个信号，最后以单光子形式发送出去。量子中继很像火炬接力，一个火炬在燃料耗尽之前点燃另一个火炬，这样持续传送下去，不能一次同时点燃多个火炬。量子中继有很多方案，包括光量子方案、固态原子方案等。

 

　　（2）采用星地通信方式，实现远程传输

 

　　采用卫星通信后，两地之间的量子通信更加方便快捷。在真空环境中，光子基本无损耗，损耗主要发生在距地面较低的大气中。据测算，只要在地面大气中能通信十几千米，星地之间通信就没有问题。中国学者曾经在北京与怀柔之间成功地进行夜晚十几千米的单光子传输实验，为星地量子通信奠定了坚实的实验基础。

 

　　（3）建立量子通信网络，实现多地相互通信

 

　　量子通信要想实用化，必须覆盖多地形成网络。2009年，郭光灿小组在安徽芜湖建立了世界首个量子政务网，标志着中国量子保密通信正式进入应用阶段。目前，国内外都建成了多个实用的量子通信网络，下一步的发展是扩大节点数，扩展通信距离，形成大覆盖面积的广域网。