李海英

摘要：論文通過(guò)科技文獻(xiàn)分析了“量子密碼”主題的國(guó)際研究態(tài)勢(shì)，并通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)，縱觀了量子密碼研究的整體趨勢(shì)、地域分布、重點(diǎn)機(jī)構(gòu)分布、重要產(chǎn)出期刊等。同時(shí)，通過(guò)開(kāi)源工具，對(duì)量子密碼研究進(jìn)行了主題態(tài)勢(shì)分析。

關(guān)鍵詞：量子密碼;文獻(xiàn)計(jì)量;主題態(tài)勢(shì)

中圖分類號(hào)：G255.51 ;TN918.4????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

量子密碼技術(shù)是傳統(tǒng)密碼學(xué)和量子物理學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，利用光子偏振文獻(xiàn)現(xiàn)象攜帶數(shù)據(jù)，利用海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理和量子不可復(fù)制定理實(shí)現(xiàn)密鑰分發(fā)[1]。相比傳統(tǒng)數(shù)字密碼技術(shù)，量子密碼術(shù)擁有無(wú)條件安全性和對(duì)竊聽(tīng)者的可檢測(cè)性，擁有巨大的發(fā)展前景。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)量子密碼學(xué)的研究處于蓬勃發(fā)展期，通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)，縱觀量子密碼研究的整體趨勢(shì)、地域分布、重點(diǎn)機(jī)構(gòu)分布、重要產(chǎn)出期刊等，基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)的方法，通過(guò)開(kāi)源工具Vosviewer對(duì)量子密碼研究進(jìn)行主題態(tài)勢(shì)分析。本文結(jié)果可以為量子密碼學(xué)研究人員提供學(xué)科整體態(tài)勢(shì)參考，以期讓量子密碼技術(shù)領(lǐng)域研究人員對(duì)整體研究態(tài)勢(shì)有所把握。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

在制定檢索策略時(shí)，以量子密碼技術(shù)主要學(xué)名和其它態(tài)勢(shì)研究論文[2，3]為參考，以TS=（“quantum cryptography”or“quantum key”or“quantum signature”or“quantum Secure Communication”）為檢索式，在Web of Science 檢索系統(tǒng)中的科學(xué)引文索引擴(kuò)展版（SCIE）進(jìn)行檢索。檢索時(shí)間為2019年1月7日，共檢索得到5295條量子密碼研究相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 研究態(tài)勢(shì)分析

3.1 研究整體趨勢(shì)

從SCI論文的發(fā)文整體趨勢(shì)，如圖1所示可以看出，最早的研究始于20世紀(jì)80年代末期。在1984年，Charles H.Bennett和Gilles Brassard提出了著名的BB84量子密鑰分配協(xié)議，此后量子密碼研究課題如雨后春筍般地涌現(xiàn)。從2001年開(kāi)始，對(duì)于量子密碼的研究進(jìn)入了快速發(fā)展期。此后，雖有起落，但總體呈現(xiàn)較快上升趨勢(shì)，目前該領(lǐng)域仍處于研究的蓬勃發(fā)展期。

量子密碼領(lǐng)域論文產(chǎn)出排名前十的國(guó)家如圖2所示，分別是中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大、德國(guó)、瑞士、意大利、法國(guó)和俄羅斯。中國(guó)在該主題的研究占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，發(fā)文數(shù)量遠(yuǎn)超第2名美國(guó)。可見(jiàn)，中國(guó)是當(dāng)今世界量子密碼研究的主要陣地。

3.2 主要研究機(jī)構(gòu)

表1列出了全球量子密碼研究領(lǐng)域的前二十位發(fā)文機(jī)構(gòu)，其中中國(guó)9家（包括中國(guó)臺(tái)灣1家）、日本3家，俄羅斯、加拿大各2家，德國(guó)、瑞士、新加坡、英國(guó)各1家。美國(guó)并未有機(jī)構(gòu)進(jìn)入TOP20，第21位是美國(guó)麻省理工大學(xué)，發(fā)文為67篇。發(fā)文量排名前五位的機(jī)構(gòu)依次是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院（發(fā)文最多的是中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所）、日內(nèi)瓦大學(xué)和滑鐵盧大學(xué)。前二十位發(fā)文機(jī)構(gòu)以高校和科研院所為主，日本則以企業(yè)為主。

中國(guó)的科學(xué)家近十年來(lái)在量子研究領(lǐng)域成績(jī)斐然。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉等多次刷新在光纜中安全傳輸距離的世界紀(jì)錄。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、徐飛虎、張強(qiáng)等人在量子通信復(fù)雜度方向取得重要進(jìn)展，首次通過(guò)實(shí)現(xiàn)兩方分布式計(jì)算任務(wù)通信方向的相干疊加，證明了量子通信相對(duì)于經(jīng)典通信，有著指數(shù)級(jí)別的優(yōu)勢(shì)[4]。

3.3 論文影響力分析

對(duì)全球發(fā)表的關(guān)于量子密碼研究論文的被引頻次進(jìn)行分析，以國(guó)家進(jìn)行累積加和，并計(jì)算其篇均被引頻次，如表2所示?？偙灰螖?shù)和篇均被引次的高低說(shuō)明研究的影響力大小，其中總被引次數(shù)表示國(guó)家在該研究領(lǐng)域的影響力，篇均被引次數(shù)表示發(fā)表論文的被關(guān)注的程度。

從被引總頻次來(lái)看，前十位依次是美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、瑞士、加拿大、德國(guó)、日本、法國(guó)、澳大利亞、西班牙。美國(guó)總被引頻次達(dá)36178，其篇均被引頻次為48.43，排在世界第8位。如圖3所示，平均被引頻次最高的國(guó)家是瑞士，達(dá)106.75，可見(jiàn)瑞士雖然發(fā)文量相比較少，但被關(guān)注度較大。中國(guó)論文總數(shù)排第1位，總被引頻次位于第3位，篇均被引頻次也排在第16位，可見(jiàn)中國(guó)的文章被關(guān)注相對(duì)較弱。

4 主題分析

本節(jié)研究?jī)?nèi)容基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)的方法，對(duì)近5年（2014-2018年）量子密碼學(xué)研究發(fā)表的論文進(jìn)行主題分析，將近5年量子密碼學(xué)研究SCI論文作為一個(gè)數(shù)據(jù)集，采用Thomson Data Analyzer軟件將論文的Keywords Plus字段經(jīng)過(guò)機(jī)器與人工清洗，之后利用VOSviewer軟件對(duì)論文核心主題詞代表此主題中出現(xiàn)的高頻主題詞數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類;根據(jù)論文數(shù)據(jù)集大小設(shè)置一定共現(xiàn)頻次和共現(xiàn)強(qiáng)度對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類。結(jié)合專家判讀，分別對(duì)每個(gè)聚類進(jìn)行命名和解讀，對(duì)期刊發(fā)文主題進(jìn)行識(shí)別和分析。

分析結(jié)果中的核心主題詞平均被引頻次代表包含此主題詞的論文發(fā)文以來(lái)的平均被引頻次;平均關(guān)聯(lián)強(qiáng)度代表此主題概念包含的核心主題詞間聯(lián)系的緊密程度，主題關(guān)聯(lián)強(qiáng)度越大代表核心主題詞間共現(xiàn)強(qiáng)度越大、研究越集中，反之則代表共線強(qiáng)度相對(duì)較低、研究越分散。

量子密碼領(lǐng)域近5年共計(jì)發(fā)論文2175篇，以Keywords Plus為分析字段，經(jīng)過(guò)機(jī)器與人工清洗后，從1461個(gè)關(guān)鍵詞中選取出現(xiàn)頻次大于6次的219個(gè)關(guān)鍵詞作為分析對(duì)象，進(jìn)行聚類計(jì)算。通過(guò)對(duì)這些論文中共現(xiàn)強(qiáng)度最大的核心主題詞進(jìn)行聚類，得到5個(gè)簇，如圖4所示。

對(duì)以上5個(gè)主題進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

主題1：量子認(rèn)證研究主要包括認(rèn)證協(xié)議、安全性分析、量子簽名、仲裁量子簽名、量子信道認(rèn)證等。

主題2：量子糾纏態(tài)研究主要包括量子糾纏態(tài)自檢、量子糾纏態(tài)穩(wěn)定性研究、量子糾纏態(tài)的確定性等。

主題3：量子協(xié)議研究主要包括量子密鑰分發(fā)（BB84協(xié)議即為一種密鑰分發(fā)協(xié)議）、安全直接通信（QSDC）及量子簽名。用光子等粒子作為量子源，利用貝爾態(tài)、GHZ態(tài)和W態(tài)等糾纏態(tài)構(gòu)建協(xié)議。

主題4：計(jì)算攻擊研究主要包括Fourier相關(guān)變換、量子因子分解、RSA算法攻擊等。

主題5：光子源研究主要指利用線性光學(xué)制備良好的可供通信的光源，包括量子比特制備、復(fù)合量子比特制備、量子比特變換、單光子信息檢測(cè)技術(shù)等。

5 結(jié)束語(yǔ)

從發(fā)文數(shù)量分析，量子密碼研究目前仍處于研究蓬勃發(fā)展期，中國(guó)是當(dāng)今世界量子密碼研究的主要陣地。中國(guó)發(fā)文數(shù)量較多，但相對(duì)影響力較差，關(guān)注度較低。近5年量子密碼學(xué)的研究主要集中在量子認(rèn)證、量子糾纏、量子協(xié)議、量子計(jì)算攻擊和光子源方面。

參考文獻(xiàn)

[1]?陸炳旭.量子密碼技術(shù)發(fā)展概述[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014，17（24）：314-315.

[2] ?劉小平，李澤霞.基于共詞分析的量息學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)分析[J].科學(xué)觀察，2014，9（05）：13-22.

[3] ?張志強(qiáng)，陳云偉，陶誠(chéng)，徐婧，田倩飛.基于文獻(xiàn)計(jì)量的量子信息研究國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析[J].世界科技研究與發(fā)展，2018，40（1）：37-49.

[4] ?Wei K ， Tischler N ， Zhao S R ， et al. Experimental Quantum Switching for Exponentially Superior Quantum Communication Complexity[M]. Physical Review Letters 122， （2019）.