量子通信及其在电力通信中的应用分析

量子通信及其在电力通信中的应用分析

张玲

(国网山西省电力公司太原供电公司山西太原030012)

摘要：随着科技的发展，电力通信越来越应用于人们的生活和生产之中。探索量子通讯技术在电力通信方面的应用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。文章简单介绍了量子通信及其研究现状，并详细论述了量子通信在电力通信领域的具体应用，希望由此能够使更多人深入了解量子通信及其在电力通信领域的应用前景。

关键词：量子通信；电力通信；传输能力

引言

作为一门诞生仅20余年的新型交叉学科，量子通信本质上属于一种利用量子纠缠效应进行信息传递的通信方式，安全、高效属于量子通信具备的主要特点，近年来我国也在量子通信领域开展了较为深入的研究，安徽量子通信技术有限公司、中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室等开展的量子通信研究便属于其中的典型。

1量子通信的主要特点

1.1保密性强

量子密码通信其实不在于密码通信本身，量子密码技术不是用于传输密文，而是用于建立传输密码本。根据海森伯不确定性原理和量子不可克隆的特点，信息的量子比特或量子位一经检测，就会产生不可还原的改变，用量子位传递加密信息，若在到达预定接收者途中被窃取，预定接收者肯定能够发现。再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且绝对不会重复使用，确保了通信的保密安全。

1.2隐蔽性高

量子通信利用单量子纠缠现象，使光子、电子甚至是原子之间能相互影响（制约），从而传递信息。当其中的一个量子发送信息时，它本身并不移动，也不用借助其他媒介，另一个相关量子自然会接收到这个信息，空间距离和中间介质将不再成为通信的障碍。由于量子通信过程不存在任何电磁辐射，无论现有的无线电探测系统性能如何先进，对量子通信这种完全无“电磁”的通信目标，也是无能为力的。

1.3应用性广

由于量子通信过程与传播媒质无关，传递的过程不会被任何障碍阻隔，甚至量子隐形传态过程中可穿越大气层，所以说量子通信的应用非常广泛，它既可以在太空中进行通信，又可以在海底等恶劣条件下通信，还可以在光纤等介质中进行信息“传递”。应用到卫星通信、深海通信、太空通信和光纤通信等领域的前景广阔。

1.4时效性高

由于量子通信时延为零，可以实现超光速通信，将极大地提高通信速度；量子通信具有空间远距离、大容量、易组网等特点，可以用来构筑高速、大容量的通信网络，用于高清晰度图像、大容量、超高速数据的传输，便于建立量子因特网。

2量子通信技术现状

量子通信技术在使用过程中具有较高的工作效率与安全性，在各个领域中得到了广泛的应用。现阶段，我国已经在量子通信技术中投入了大量的人力、物力、财力，而国外一些发展国家已经为其技术成立了对应的研究机构，还有一些大型电子企业也纷纷法投入到了量子通信技术的研究中去。国外企业通过对量子密钥分发的研究体现出一些公司、企业等都在申请专利，只为了占据量子通信技术在社会中的主要地位，只有这样才能在这个竞争激烈的市场中站稳脚步，促进电子行业与电力行业的发展。

3量子通信技术在电力通信中的应用前景

3.1智能变电站量子通信纠错编解码技术的应用

近年来，我国多地开展了量子通信在智能变电站领域的应用探索，但在具体应用探索中研究人员发现，智能变电站复杂多变的电磁环境在很多时候会影响量子通信的开展并引发量子比特差错问题，这类问题的解决便需要得到智能变电站量子通信纠错编解码技术的支持。智能变电站电磁环境对量子通信带来的影响主要是由于量子相干性被破坏，而利用冗余编码便是一种较为有效且结合量子通信技术的问题解决措施。具体来说，Hadamard门和量子异或门属于研究主要涉及的量子逻辑门，而通过建立双向全双工的量子通信系统、纠错编码量子线路、纠错解码量子线路，即可满足智能变电站量子通信纠错编解码技术的应用需要。

3.2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。

3.3量子遗传算法的应用

量子遗传算法属于量子通信与遗传算法的结合产物，同时具备种群规模小特征、开发和探索能力、较优秀算法性能、收敛速度快速等属于量子遗传算法的主要特征，这也使得量子遗传算法可在电力通信领域实现较高质量、较为深入应用。在电力通信领域的量子遗传算法应用中，电力通信网路由选择属于该算法的应用典型，这一应用能够将电力通信业务分为高可靠宽带实时业务、高可靠窄带实时业务、可靠宽带实时业务、可靠窄带实时业务、低可靠窄带非实时业务5类，而结合各类电力通信业务的具体需要，即可通过求解多目标多约束优化问题实现量子遗传算法的应用，量子通信理念、技术也将由此较好地渗入电力通信领域。量子遗传算法的应用需围绕量子比特编码、量子测量、量子比特译码、量子变异展开，而基于这一系列内容开展的电力通信网路由选择中，需根据业务判断通信指标需求所属类别，并确定目标函数及可容忍时延最大值、最小可用带宽和可容忍丢包率最大值约束条件，结合量子遗传算法求得符合业务通信指标要求的最佳路径。在量子遗传算法的具体应用中，技术人员必须考虑传统技术通信指标对量子通信技术应用的影响，并同时关注电力业务实际以构建目标函数，由此量子遗传算法的应用便能够快速求出满足电力通信业务特性的最优路径，并实现最短时间内收敛到最优解。

3.4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。

结语

总之，量子通信在电力通信领域具备较高应用潜力，而在此基础上，本文涉及的智能变电站量子通信纠错编解码技术的应用、量子遗传算法的应用，则为电力通信领域的量子通信应用提供了可行性较高的路径建议。因此，各地电力企业必须深入调研电力信息通信业务并开展针对性较高的量子通信实践探索，通过凝练应用示范验证成果即可为我国电力事业的进一步发展提供有力支持。

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