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人工智能赋能量子通信与量子传感系统

Research progress of artificial intelligence empowered quantum communication and quantum sensing systems

徐佳歆，徐乐辰，刘靖阳，丁华建，王琴

物理学报，2025，74(12): 120301

doi: 10.7498/aps.74.20250322

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文章导读

在当今数字化浪潮汹涌澎湃的时代，信息技术的飞速发展正以前所未有的速度重塑着世界的每一个角落。量子通信作为一种新型的通信技术，因其在安全性、高效性等方面的独特优势，逐渐成为通信和信息安全领域的研究热点之一。然而，量子通信系统的实际应用面临着诸多挑战，例如系统设备存在缺陷、大规模网络的资源分配困难等。与此同时，量子传感技术作为量子信息科学领域的重要分支，也在高精度测量领域展现出巨大潜力，但在实际应用中同样受到系统校准复杂、噪声干扰以及测量精度受限等问题的制约。在这样的背景下，传统的解决方案已显得力不从心，它们往往计算复杂度极高，耗时漫长，对硬件资源需求大，这无疑给量子通信和量子传感网络的大规模部署带来了巨大的阻碍，宛如在前行的道路上竖起了一道道难以跨越的高墙。

人工智能作为当今科技领域的重要发展方向，其强大的数据处理和分析能力为量子通信和量子传感系统的优化和提升提供了新的研究思路和方法。例如，在量子通信领域，人工智能可以快速准确的预测出量子通信系统中的最优参数，高效实时校准系统，实时检测系统中可能存在的设备缺陷和攻击；在量子传感方面，人工智能可以为大规模量子传感器的校准提供高效、自适应且资源消耗少的解决方案，显著提高了测量精度和效率。因此，人工智能赋能量子通信和量子传感系统，不仅为量子通信和量子传感领域的技术突破提供了新的方向，同时为量子通信和量子传感网络的大规模部署和实际应用提供了重要的支撑作用。

本文详细论述了人工智能与量子通信和量子传感交叉领域的发展历程与发展现状，深入剖析了人工智能在量子密钥分发、量子存储、量子网络、量子传感等方向的应用场景、工作原理、性能优势和发展阶段，揭示了人工智能为提升通信系统和传感网络的可靠性、安全性，以及可扩展性等方面所拥有的巨大潜力。此外，本文还分析讨论了当前人工智能在赋能量子通信和量子传感系统领域存在的一系列软硬件问题，并对可能的解决方案进行了探讨，最后对该领域未来的发展与应用前景进行了总结和展望。

图1 人工智能赋能量子通信与量子传感系统示意图

作者简介

王 琴

南京邮电大学通信与信息工程学院教授

从中国科学技术大学获得博士学位，目前为南京邮电大学通信与信息工程学院副院长。入选江苏省杰出青年、双创人才等人才计划，获得江苏省光学学会青年光学科技奖、江苏省三八红旗手、全国大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师等荣誉。 在量子信息领域做出了一系列创新性的科研成果，作为主要作者在国际物理学主要学术期刊，如Phys. Rev. Lett.、 Phys. Rev. Appl. 等发表高水平SCI论文100多篇，申请国际PCT专利3项，授权国家发明专利30多项，美国专利3项。主持或参与多个国家级、省部级重点、重大项目，包括国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项、国家自然科学基金重大项目、江苏省重点研发计划，以及江苏省前沿引领计划等; 现为中国密码学会量子密码专业委员会、中国物理学会量子光学专业委员会等多个学会专业委员会的委员，担任《量子光学》、《量子电子学报》等期刊编委以及KSII Transactions on Internet and Information System 等期刊编辑，并参与制定了量子密码行业标准。