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随着时间敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)技术的不断发展,如何同时确保网络的确定性和安全性成为了业界关注的焦点问题。量子保密通信技术为TSN的安全保障带来全新解决方案。首先介绍量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)与TSN网络融合的意义和优势;然后分别针对TSN时敏业务、同步信息和控制信息的安全保护问题,提出基于QKD技术的加密传输方案。
量子计算当前正处于一个关键的发展阶段,其中理论研究、工程研发、应用探索与产业培育都在并行推进。然而,目前量子计算处理器的硬件性能尚不能满足大规模应用问题求解的需求。在这个背景下,量子-经典融合计算应运而生,融合了量子计算与经典计算的优势,为复杂问题的解决提供了崭新的思路和方法,从而迅速成为业界瞩目的焦点。首先,对量子-经典融合计算的概念、关键技术以及发展现状进行了研究;其次,对其发展趋势进行了展望;最后,提出了推动量子-经典融合计算发展的相应建议。
量子计算技术的发展使超越现有经典计算的强大并行计算成为可能,实用化的量子计算技术将以算力为载体产生广泛而深远的影响。目前,量子计算云平台是输出量子计算能力和探索量子计算应用的主流形式。通过分析国内外量子计算云平台发展和应用现状,提出了依托云平台开展量子计算应用生态建设的新思路,并针对面临的主要挑战提出未来发展建议。
量子计算在理论上已被证明具有远超现有经典计算的公钥密码破解能力。近年来量子计算发展迅速,引发公钥密码破解的信息安全威胁日益迫近,应对量子计算信息安全威胁已成为全球信息安全管理机构和信息通信等行业的关注热点。分析量子计算信息安全威胁及影响,探讨抗量子密码和量子密钥分发两种主要应对策略的技术优劣势和应用发展趋势,提出应对量子计算信息安全威胁的发展建议。
量子信息技术对于国家安全和科技发展具有重大的意义,近年来成为各国/地区纳入发展战略和应用布局的重点领域。面对国内量子信息技术的创新发展现状,将检索量子信息技术各领域在全球范围内的专利数据信息,通过专利申请趋势、技术来源、布局地域、主要申请人等维度,分析量子信息技术国内外发展现状,并对我国量子信息技术的进一步发展提出合理化建议。
近年来,随着多国及地区在政策布局上加大投入,量子计算技术研究、应用探索以及产业培育等快速发展,有望在处理一些计算复杂问题上实现指数级加速,已成为未来算力跨越发展的重要方向之一。基于此,梳理了国内外量子计算领域的政策布局,分析了量子计算的技术进展、应用探索以及产业培育现状等,并展望了其未来发展趋势。
从2000年开始,量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)逐渐受到广泛关注。与算法或经典物理系统随机数发生器相比,QRNG的量子随机源不由确定性的算法或方程描述,仅由波函数进行概率描述,具有内禀随机性。目前,QRNG方案大多基于光子体系。近年来,基于电子体系的量子随机数发生器(electronic Quantum Random Number Generator,eQRNG)方案相继被提出。与光子QRNG相比,eQRNG没有电-光-电转换,有效避免了转换过程中经典噪声的影响,在随机性上具有更大优势,且结构简单、系统稳定,与半导体工艺兼容,具有可集成性。基于此,通过介绍基于量子隧道效应的eQRNG研究进展,包括基于隧道二极管的eQRNG、基于范德瓦尔斯异质结的eQRNG与基于雪崩光电二极管的eQRNG等,阐述了eQRNG在随机性与量子性上的独特优势。
区块链技术通过去中心化和分布式数据库确保数据的安全性、完整性和可追溯性,其核心包括分布式账本、加密技术和共识机制。拜占庭共识协议作为核心组件,在保障去中心化网络的安全和一致性方面至关重要。然而,经典共识协议的安全性受到快速发展的量子计算威胁,并且无法突破1/3容错极限。因此,研究量子拜占庭共识协议变得必要。基于此,讨论了量子计算时代经典拜占庭共识协议面临的挑战,并介绍了检测量子拜占庭共识协议的发展历程和实用困境;重点介绍了基于量子数字签名的新型量子拜占庭共识协议,其突破了1/3容错极限,提供了信息理论安全性且易于实现;最后,讨论了区块链不可能三角对共识协议的约束,并展望了量子区块链共识协议的发展及其在未来量子网络中去中心化通信和计算的前景。
量子计算作为一个基于量子力学原理的新兴计算范式,正在复杂问题求解上展现巨大潜力。首先讨论了量子计算与经典计算的融合,以及分布式量子计算在实现大规模量子系统中的应用;其次对量子操作系统的架构和功能进行了全面分析,以期为科研人员、技术开发者、政策制定者以及对量子计算感兴趣的读者提供了解量子计算现状、未来潜力的全面视角。
随着人工智能技术的快速发展,与之相关的各种行业都产生了海量的算力需求。低能耗光计算和量子计算成为未来高速、大数据量处理极具前景的方案,相干伊辛计算作为其中的典型计算技术,受到了研究领域和产业界的广泛关注,近年来取得了一系列重要的研究进展。相干伊辛计算利用光学参量振荡脉冲作为量子比特,在运行中可以搜索出伊辛模型基态时的自旋构型,从而能够提升求解组合优化问题的计算速度和正确率。通过纠错改进后的相干伊辛机可以逃离局部极小值的限制,在大规模组合优化问题上的测试结果也超越了部分经典算法,为多种组合优化问题的解决提供了新的发展方向。
里德堡原子正在成为一种新型的电磁探测手段。回顾了里德堡原子在电场测量领域的最新研究进展及其在数字通信、微波计量和成像等方面的应用探索。利用里德堡原子的电磁诱导透明和Autler-Townes(AT)分裂效应,可以几乎无扰动地测量微波场的强度、极化、相位和到达角等特性。里德堡原子电磁探测系统作为“原子天线”,可直接溯源至国际单位制从而实现精确的微波无线电计量,在数字通信领域的可行性也已得到验证,并在远小于射频波长的尺度上实现高分辨率近场和远场成像。