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量子通信与透地通信技术

作者:中多科技 日期:2024-04-04 点击:39
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量子通信技术概述

 

量子通信是一种利用量子力学基本原理进行信息传递的技术。它的核心在于量子态的叠加性和纠缠特性,这些特性使得量子通信在安全性、高效性和隐蔽性方面具有显著优势。

 

安全性:量子通信具有无条件的安全性,即理论上即使攻击者具有无限的计算资源和任意物理学容许的信道窃听手段,量子通信仍可保证通信双方安全地交换信息。这是由于量子密钥具有不可复制性和绝对安全性,一旦有人窃取密钥,整个通信信息就会“自毁”并告知使用者。

 

高效性:利用量子态的叠加性和纠缠特性,量子通信有望以超越经典通信极限的条件下传输和处理信息。因此,量子通信对金融、电信、军事等领域有极其重要的意义,并在实际中先获得了发展和应用。

 

隐蔽性:量子通信没有电磁辐射,第三方无法进行无线监听或探测。此外,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。因此,量子通信应用广泛,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。

 

抗干扰性能: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,具有完好的抗干扰性能。

 

透地通信技术概述

 

透地通信技术是一种通过地层进行信号传输的技术,常用于矿井等地下环境中。其目的是为了在地层中传播时传输衰减相对较小,以实现可靠、灵活的通信手段。

 

技术难点:透地通信系统的超低频或甚低频电磁波是在煤层和岩层中传输,煤层和岩层的传输损耗较大,为半导体介电媒介,低频电磁波在其中的传输特性、衰减特性及干扰特性目前没有现成的模型。透地通信系统需经地层进行信号传输,接收点接收到的有效信号非常弱,这给信号的有效接收和处理带来一定的困难。低频透地通信系统一般采用甚低频频段,该频段电磁波波长长,传输所需的天线尺寸大、效率低;而矿用无线通信系统由于受到巷道条件的限制,天线的长度、安装方式等受到一定的限制。

 

主流技术:现有的透地通信系统都是以大地为超低频或甚低频电磁波的传输媒介,利用超低频或甚低频电磁波穿透大地的无线通信原理进行透地通信。系统主要包括地面天线、地面收发讯机、大地传输信道、井下天线及井下收发讯机等部分。此外,弹性波(Elastic Wave)透地通信正以其在地层中传播时传输衰减相对较小的优势崭露头角。

 

量子通信与透地通信技术的结合

 

近年来,随着量子通信技术的发展,人们开始探索将其与透地通信技术结合的可能性。例如,新加坡南洋理工大学开发出一种量子通信芯片,尺寸约为3mm,仅为现有装置的千分之一,但能提供同样出众的量子安全技术,可用于智能手机、平板电脑和智能手表等紧凑型设备内,提升其通信安全性。

 

此外,还有一些研究正在探讨如何利用量子通信技术改善透地通信系统的安全性、可靠性和效率。例如,基于超导量子干涉仪的便携式透地通信系统研究,分析了低频信号矿井环境下的透地传播理论,建立了系统磁通密度和信号幅度与渗透深度间的关系,最后进行了仿真实验,仿真表明系统选用4kHz中心频率调制的正弦波、用QAM16作为编码协议、以2000bit/s的速率传送,在65m深处得到的磁场功率谱散布不大,证明了系统的可行性。

 

综上所述,量子通信与透地通信技术的结合具有巨大的潜力,可以为各种应用场景提供更安全、更高效的通信解决方案。随着技术的不断进步,我们期待看到更多创新性的应用和解决方案出现。 

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