量子通信在交通通信與網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

2024年1月8日發(fā)(作者：竹節(jié)秋海棠)

量子通信在交通通信與網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

摘要：隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，信息傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)。利用量子通信技術(shù)進(jìn)行交通數(shù)據(jù)信息傳輸，是目前最有可能改變未來信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)的通信方式。本文通過分析當(dāng)前交通通信與網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)狀與問題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外量子通信在交通領(lǐng)域的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀等，分析了量子通信技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用需求，總結(jié)出量子通信在當(dāng)前以及未來交通中的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)現(xiàn)量子通信在交通領(lǐng)域擁有一片藍(lán)海市場(chǎng)。結(jié)合交通運(yùn)輸行業(yè)的實(shí)際情況，對(duì)量子通信在交通通信與網(wǎng)絡(luò)中的前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：量子通信；交通通信與網(wǎng)絡(luò)；交通運(yùn)輸；信息安全

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)信息傳遞和共享的需求越來越強(qiáng)烈。特別是交通運(yùn)輸行業(yè)，現(xiàn)代交通運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，其數(shù)據(jù)信息傳輸量巨大，同時(shí)對(duì)信息安全有了更高的要求。由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過程中不可避免地會(huì)存在安全隱患。量子通信作為新型傳輸方式，在信息安全上有諸多優(yōu)勢(shì)，可為交通行業(yè)帶來新的思路。

1 交通通信與網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與問題分析

我國(guó)交通通信網(wǎng)絡(luò)取得了跨越式和長(zhǎng)足的發(fā)展。近年來，交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展需求逐漸加大，高速公路、城軌、鐵路建設(shè)也快速推進(jìn)，相應(yīng)的交通通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也日益重要[1]。為實(shí)現(xiàn)交通的有效管理和運(yùn)營(yíng)，完善的交通通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是十分必要的。盡管交通通信網(wǎng)絡(luò)有著良好現(xiàn)狀，但仍存在許多亟待解決的問題。

一是穩(wěn)定性，對(duì)于我國(guó)當(dāng)前交通通信網(wǎng)絡(luò)體系的發(fā)展現(xiàn)狀，交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴⒖煽啃浴⒎€(wěn)定性和結(jié)構(gòu)合理性應(yīng)該進(jìn)一步提升。二是人性化服務(wù)，交通通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)往往忽視設(shè)計(jì)理念的更新和強(qiáng)化，導(dǎo)致效果不佳。三是結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，交

通強(qiáng)國(guó)提出后，要求對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行更加精細(xì)化的管理。四是集群無線通信系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高實(shí)際交通通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸能力[2]。

2 量子通信的國(guó)內(nèi)外綜述

2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對(duì)于量子通信等前沿的技術(shù)，全球已經(jīng)展開了非常激烈的競(jìng)爭(zhēng)。其現(xiàn)狀主要呈現(xiàn)以下幾點(diǎn)[3]：(1) 量子通信受到許多國(guó)家的重視，成為未來發(fā)展的高峰。（2）巨大的研發(fā)投入支撐著量子通信從理論到實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展。美國(guó)、歐盟等西方發(fā)達(dá)國(guó)家以及韓國(guó)、新加坡等亞洲新興國(guó)家都大力投入人力、物力和資金，設(shè)立專項(xiàng)基金和研究中心發(fā)展量子通信。（3）科研基礎(chǔ)雄厚，國(guó)際合作緊密。（4）工藝體系已開始研制，并已辦理專利申請(qǐng)。

在量子通信的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，我國(guó)量子通信雖然起步較晚，但在政治支持和大量投入下，實(shí)現(xiàn)了量子通信領(lǐng)域地位直線上升，多個(gè)方面已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，在許多應(yīng)用研究領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，尤其是在城域量子通信這一重要技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位[4]。中國(guó)高度重視量子通信技術(shù)的應(yīng)用，并將其提升到信息安全網(wǎng)絡(luò)層面，并進(jìn)行信息安全網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。在量子通信方面，我國(guó)取得了諸多成就，我國(guó)首顆量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”成功發(fā)射，量子通信安全“京滬高鐵”連接北京等地量子通信。科學(xué)和產(chǎn)業(yè)將走向成熟，量子產(chǎn)品將普及，“量子+”時(shí)代將到來[5]。

2.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展前景

目前量子通信的研究已在國(guó)際上取得了一些成果，在理論和實(shí)驗(yàn)上均取得了一定的突破，已有很多研究成果已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際工程中，如在軍事領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了信息安全保密通信；在交通領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了車輛信息安全保密通信等。其中利用光子的量子性來進(jìn)行安全通信在技術(shù)上已經(jīng)不是問題。未來隨著量子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將為量子通信技術(shù)走向?qū)嵱没峁?qiáng)大的助力。相對(duì)于經(jīng)典通信，量子通信具有安全隱私、時(shí)效性高、傳輸速度快、無輻射等特點(diǎn)[6]。這種無與倫比的優(yōu)勢(shì)決定了量子通信的光明前景。量子通信有望在10到15年內(nèi)成為繼電子、光電子之后的下一代通信技術(shù)。

3 量子通信在當(dāng)前和未來交通中的應(yīng)用前景分析

3.1應(yīng)用領(lǐng)域

3.1.1 軌道交通

(1)鑒于國(guó)家高速鐵路的強(qiáng)勁發(fā)展，目前的鐵路通信技術(shù)難以滿足高速鐵路發(fā)展的需要。使用量子通信會(huì)很好的解決超遠(yuǎn)距離傳輸和無噪聲傳輸?shù)葐栴}。

(2)鐵路通信系統(tǒng)是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，是保證鐵路系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。比如通過將通信網(wǎng)與量子安全通信技術(shù)相結(jié)合，對(duì)調(diào)度相關(guān)信息的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行量子加密，確保傳輸信息的安全[7]。

3.1.2 公路交通

（1）以密鑰云平臺(tái)為安全基礎(chǔ)，構(gòu)建基于量子安全通信技術(shù)的公共交通比如公交車運(yùn)行的交通網(wǎng)絡(luò)安全傳輸層，實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)，并在應(yīng)用和終端進(jìn)行加密[8]。

(2) 量子通信技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)公共交通在各種支付方式中的優(yōu)惠換乘。

3.1.3 航空方面

(1)目前無線電波通信技術(shù)仍然是民航的主要通信方式，但是無線電波通信也存在著缺乏安全性、容易受干擾等諸多問題。因此，量子通信也可以被用于民航通信[9]。

(2)使用量子計(jì)算機(jī)對(duì)空中交通模式進(jìn)行復(fù)雜分析，意味著可以進(jìn)行更高效的飛行規(guī)劃，打破飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)起降造成的瓶頸，節(jié)省出行時(shí)間。

3.2我國(guó)在量子通信的交通領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)展

近年來，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)信息安全和技術(shù)研究的不斷深入，我國(guó)也在交通領(lǐng)域開展了一系列相關(guān)研究。如我國(guó)已經(jīng)完成了“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、“基于光纖量子網(wǎng)絡(luò)的多跳多域量子城域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”等，并在交通領(lǐng)域取得了一定成果。我國(guó)主要開展了以下工作：一是在京滬高鐵上實(shí)現(xiàn)了京滬高鐵

第一個(gè)量子保密通信；二是在京滬高鐵上成功進(jìn)行了遠(yuǎn)程光基量子衛(wèi)星和廣域光纖城域網(wǎng)中繼實(shí)驗(yàn)；三是在上海成功進(jìn)行了一系列高速鐵路中繼實(shí)驗(yàn)，為未來構(gòu)建城市軌道交通光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)奠定技術(shù)基礎(chǔ)等。

4 總結(jié)與展望

量子通信應(yīng)用范圍廣，包括安防反恐、交通管理、能源電力、金融保險(xiǎn)等在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域，在交通通信與網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用價(jià)值更是不可估量。無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，他們都專注于量子通信研究，力爭(zhēng)在量子通信方面做出一些成果，造福于國(guó)家和世界。在這個(gè)過程中，取得了許多令人矚目的成就，量子通信取得了重大突破。量子通信未來將擁有一片藍(lán)海市場(chǎng)，將成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的排頭兵。加快發(fā)展量子通信，對(duì)推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家交通安全具有十分重要的作用。

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