未來產(chǎn)業(yè)研究2024年第3期（總第10期）：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)布局建議量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)布局建議-水印版

未來產(chǎn)業(yè)研究賽迪研究院主辦習(xí)近平總書記在主持中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)中指出，近年來，量子科對促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。量子通信作為量子信息領(lǐng)域的細(xì)分領(lǐng)域之一，主要國家均加大量子通信領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局和政策支持，力爭掌控技術(shù)要道、贏得國家安全主動(dòng)權(quán)。為了深入了解量子通信領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢，把握產(chǎn)業(yè)動(dòng)向和技術(shù)前沿，未來產(chǎn)業(yè)研究中心推出未來產(chǎn)業(yè)研究專刊，聚焦全球量當(dāng)前，量子通信已發(fā)展至規(guī)模化應(yīng)用關(guān)鍵時(shí)期，無論是量子密鑰分發(fā)、后量子密碼等技術(shù)，還是星地一體化等基礎(chǔ)設(shè)施，都取得了一定突破，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。相關(guān)項(xiàng)目的逐步落地，標(biāo)志著量子通信已具備初步產(chǎn)業(yè)化條件。量子通信關(guān)量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處于起步探索階段，在核心器件、工程化能力、商業(yè)應(yīng)用等方希望本期內(nèi)容能夠?yàn)楦骷壵块T制定量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供參考，為行業(yè)把握技術(shù)趨勢、優(yōu)化發(fā)展路徑提供借鑒，為推動(dòng)我國量子通信產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式新CONTENTS本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及 1（一）量子通信發(fā)展歷程 1（二）量子通信發(fā)展路線 5二、趨勢研判 11（一）量子通信賦能更多應(yīng)用場景 11（二）標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，為行業(yè)發(fā)展“保駕護(hù)航” 12（三）QKD科研活躍，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能獲進(jìn)一步提升 12 12（五）量子信息網(wǎng)絡(luò)持續(xù)研究，使能技術(shù)有待突破 13（六）無中繼光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)前景可期 14三、重點(diǎn)賽道布局建議 14（一）聚焦量子密鑰分發(fā)（QKD）關(guān)鍵組件的工產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 14（二）加快構(gòu)建抗量子計(jì)算的新型信息安全基礎(chǔ)設(shè)施，形成自主可控的量子安全密碼解決方案 15（三）推動(dòng)地面量子通信與衛(wèi)星量子通信的融合發(fā)展，打造天地一體化的基礎(chǔ) 15（四）超前布局量子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與使能技術(shù)，加速推進(jìn)量子通信、量子計(jì)算與量子傳感的融合發(fā)展 15本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)量子通信技術(shù)是基于量子力學(xué)的基本原理，提供了一種在安全性和傳輸效率上超越傳統(tǒng)通信手段的新型通信方式。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，量子通信展現(xiàn)出了更高的傳輸容量和安全性。自20世紀(jì)80年代量子通信理論的興起，這一領(lǐng)域已經(jīng)從初步的實(shí)驗(yàn)室探索，逐步發(fā)展到工程化和網(wǎng)絡(luò)化的成熟階段，形成了一個(gè)具有高技術(shù)壁壘的重要全球量子通信技術(shù)的發(fā)展可劃分為四個(gè)主要階段：初步探索與實(shí)驗(yàn)階段、理論創(chuàng)新與突破階段、行業(yè)應(yīng)用案例積累階段以及生態(tài)系統(tǒng)的逐1、概念探索和試驗(yàn)研究階段量子通信概念雛形首次被提出并開始搭建理論基礎(chǔ)。量子通信的初步構(gòu)想及其理論基礎(chǔ)是在20世索了量子物理原理在解決傳統(tǒng)物理學(xué)難題上的潛力，并引入量子多路復(fù)用信道和量子貨幣的概念。1968年，以色列科學(xué)家StephenWiesner提出量子系統(tǒng)在處理信息方面的潛力，激發(fā)了量子通信和量子密碼學(xué)和蒙特利爾大學(xué)的Brassard提出量子通信傳輸?shù)某醪皆O(shè)想。1981-1982進(jìn)行的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了量子力學(xué)的有效性，為量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1984年，IBM公司提出了BB84量子密鑰分發(fā)協(xié)議，利用單光子的不可分割性和未知量子態(tài)的不可復(fù)制性，從理論上確保密鑰的安全性，《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期1在量子通信的早期階段，其安全通信的有效距離僅能達(dá)到10公里左的概念，這為量子通信的研究提供從量子密碼學(xué)概念提出到遠(yuǎn)距離傳輸量子態(tài)的成功實(shí)現(xiàn)，引領(lǐng)量子通信技術(shù)快速發(fā)展。1992年，法國物理學(xué)家阿蘭?阿斯佩（AlainAspect）發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的論文，題為“量子密碼學(xué)”，在其中他提出利用量子糾纏現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)安全通信的新理念，為量子通信的理論發(fā)展帶來重大突破。1993年，C.H.Bennett提出量子通信這一概念。同年，一個(gè)由多國科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，提出了一種將經(jīng)典通信與量子通信相結(jié)合的方法，用以實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，為量子通信技術(shù)的深入探索奠定了基礎(chǔ)。1995年，中國科學(xué)院物理研究所成功完成中國首次量子密鑰分發(fā)（QKD）實(shí)驗(yàn)。1997年，潘建偉教授與荷蘭學(xué)者羅合作，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)未知量子態(tài)的遠(yuǎn)距離傳輸，標(biāo)志國際上首次成功地將一個(gè)量子態(tài)從一個(gè)地點(diǎn)的2、重大理論突破階段（2001-量子通信在理論研究上出現(xiàn)重大突破。2002年，德國和英國的研究機(jī)構(gòu)在兩座相隔23.4公里的山峰之間，通過激光技術(shù)成功地傳輸光子密鑰，展示了利用近地衛(wèi)星進(jìn)行量子密鑰傳輸并構(gòu)建全球量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的潛力。2003年，來自韓國、中國和加拿大的科學(xué)家們提出誘騙態(tài)量子密碼的理論方案，有效解決了在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下，量子通信的安全速率隨距離增加而顯著降低的問題。2004年，美國的BNN公司建立了世界上第一個(gè)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，并在馬薩諸塞州劍橋城開始運(yùn)行。維也納大學(xué)的科學(xué)家們完成了首個(gè)基于量子糾纏的量子通信實(shí)驗(yàn)，通過編碼和解碼糾纏光子實(shí)現(xiàn)量子密鑰的安全分發(fā)。同年，中國郭光燦教授的科研團(tuán)隊(duì)在北京和天津之間成功實(shí)現(xiàn)125公里光纖的點(diǎn)對點(diǎn)量子密鑰分發(fā)。2005年，潘建偉教授的團(tuán)隊(duì)在2《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)糾纏光子分發(fā)和量子密鑰生成，驗(yàn)證了糾纏光子能夠穿越大氣層。同時(shí)，王向斌、羅開廣、馬雄峰和陳凱等中國科學(xué)家共同提出了基于誘騙態(tài)的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)方案，理論上將安全通信距離顯著提升至超3、技術(shù)應(yīng)用探索開展階段各國量子通信網(wǎng)絡(luò)基本處于建設(shè)中期或完成試運(yùn)營階段。2006年，美國國防部高級研究計(jì)劃局的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。2007年，由奧地利教授Zeilinger領(lǐng)導(dǎo)的歐洲研究團(tuán)隊(duì)成功在相隔144公里的兩個(gè)島嶼間實(shí)現(xiàn)單光子傳輸和密子路由器”的試驗(yàn)，以建立量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)。2008年，歐洲的聯(lián)合子安全通信網(wǎng)絡(luò)，成為全球首個(gè)由量子密鑰技術(shù)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，覆蓋12個(gè)國家，包含6個(gè)節(jié)點(diǎn)和8條鏈路。2009年，中國成功開發(fā)量子電話樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了基于“一次一密”原則的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通話和三方對講功能。2010年，日本多家公司與Toshiba歐洲研究中心、瑞士IDQuantique和奧地利維也納研究組合2012年，合肥在中國建成了首個(gè)規(guī)?；某怯蛄孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，其規(guī)模4、產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步完善階段全球量子通信技術(shù)的實(shí)用化不斷加強(qiáng)。2013年，意大利啟動(dòng)量子通信骨干網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃，連接弗雷瑞里。2015年，英國推出價(jià)值4億英鎊的“國家量子技術(shù)專項(xiàng)”，旨在建立量子通信、傳感、成像和計(jì)算2021年4月，英國完成其首個(gè)工業(yè)量子安全網(wǎng)絡(luò)的測試工作。2016年，韓國在首爾周邊地區(qū)完成了其國家量子保密通信測試網(wǎng)絡(luò)的第一同年8月，俄羅斯在韃靼斯坦共和國啟動(dòng)首條多節(jié)點(diǎn)量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的試點(diǎn)項(xiàng)目。2017年，日本信息通信研究機(jī)構(gòu)利用超小型衛(wèi)星成功進(jìn)《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期3行量子通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志量子通信技術(shù)可以以更低的成本在小型衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)，預(yù)示著更多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)將參與到量子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中。2018年，歐盟啟動(dòng)超過30億英鎊的“量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目”，計(jì)劃在2035年左右構(gòu)建起泛歐量子安全互計(jì)劃投入6.5億歐元，為量子技術(shù)的研究與發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。共同探討在未來十年內(nèi)開發(fā)和部署量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，以提升歐洲在量子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全和產(chǎn)業(yè)競爭力方面的地位。2020年，日本開始著手建立全球量子加密網(wǎng)絡(luò)，并積極推動(dòng)單自旋器件、量子傳感器和量子中繼技術(shù)的發(fā)展。2021年4月，英國完成首個(gè)工業(yè)量子安全網(wǎng)絡(luò)的測試。同年6月，俄羅斯國營鐵路公司開通了從莫斯科到圣彼得堡的量子通信干線，全長700公里，成為歐洲最長的量子通信線路。俄羅斯政府計(jì)劃在未來10至15年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)運(yùn)營。2021年7月，歐盟委員會計(jì)劃推出基于衛(wèi)星的安全連接系統(tǒng)，旨在為歐洲各地提供高速寬帶服務(wù)，確保連接我國量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、應(yīng)用2013年，濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)正式啟用，標(biāo)志著中國首個(gè)以實(shí)際應(yīng)用2014年，京滬干線項(xiàng)目啟動(dòng)，旨在打造全球最長距離的廣域光纖量子保密通信骨干線路。2017年8月，通，成為世界上基于可信中繼方案量子骨干網(wǎng)——“京滬干線”，成為國家量子通信網(wǎng)絡(luò)向南和向西延伸的關(guān)鍵支撐點(diǎn)。量子加密通信技術(shù)應(yīng)用方面，2015年，工商銀行北京分行實(shí)現(xiàn)了電子檔案信息的同城加密傳輸，同年，成立“中國量子通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。2017年7月，中4《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)國首個(gè)商用量子保密通信專網(wǎng)——濟(jì)南市黨政機(jī)關(guān)量子保密通信專網(wǎng)我國量子通信科研持續(xù)取得突破。2020年3月，由潘建偉院士領(lǐng)銜的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合清華大學(xué)和山東濟(jì)南量子技術(shù)研究院等單位，成功實(shí)現(xiàn)在真實(shí)環(huán)境下500公里以上光纖的雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）和相位匹配量子密鑰分發(fā)（PM-QKD），其中傳輸距離達(dá)到了509公里，刷新了世界紀(jì)錄。這一成就標(biāo)志著我國在量子中繼技術(shù)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性進(jìn)展，潘建偉院士及其團(tuán)隊(duì)成員陳宇翱、彭承志等，與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的王建宇研究組、濟(jì)南量子技術(shù)研究院和中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司攜手合作，完成跨越4600公里的星地量子密鑰分發(fā)，標(biāo)志著我國在構(gòu)建天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)方面邁出了重要步伐，為實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)支撐。2022年5月，潘建偉院士及其團(tuán)隊(duì)成員彭承志、陳宇翱、印娟等，借助“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，個(gè)地面站之間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸。這一創(chuàng)新成果為構(gòu)建全球性的量子信息處理和量子通信網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路，是量子通信技術(shù)發(fā)展的重要里1、量子密鑰分發(fā)（QKD）量子糾纏和不確定性原理的獨(dú)特性質(zhì)為QKD技術(shù)提供了理論上無條件安全的基礎(chǔ)。量子糾纏是指兩個(gè)或多個(gè)量子態(tài)粒子之間存在著一種非經(jīng)典相關(guān)性，無論相隔多遠(yuǎn)，對其中一個(gè)粒子的測量都會瞬間影響到另一個(gè)粒子的狀態(tài)。利用這一特性，通信雙方可以生成一對完全隨機(jī)且相關(guān)的密鑰，保證了密對量子態(tài)的任何測量都會引入不可避免的擾動(dòng)，改變量子態(tài)。基于此原理，任何竊聽者對量子信道的竊聽都會引入錯(cuò)誤，從而被合法通信方所發(fā)現(xiàn)。綜合應(yīng)用這兩大原理，QKD技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)理論上無條件安《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期5它使用兩組正交基（如水平/垂直和45度/135度偏振基）來編碼量子態(tài)，發(fā)送方隨機(jī)選擇基進(jìn)行編碼并發(fā)送，接收方也隨機(jī)選擇測量基對收到的量子態(tài)進(jìn)行測量，雙方通過協(xié)商舍棄基不匹配的測量結(jié)果，QKD技術(shù)以其“一次一密”等特點(diǎn)彰顯出獨(dú)特的安全優(yōu)勢，但距離大規(guī)模應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。次一密”，即每次通信使用全新的隨機(jī)密鑰，歷史密鑰的泄露不會影響后續(xù)通信的安全。其次，QKD技術(shù)對竊聽具有有效的主動(dòng)檢測能力，任何竊聽行為都會引入顯著誤碼，通信雙方可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)對措施。再者，QKD技術(shù)具有前向安全性，即使將來出現(xiàn)任意強(qiáng)大的計(jì)算能力，過去已經(jīng)分發(fā)的密鑰的安全性也不會受到威脅。此外，QKD技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)密鑰的“按需分發(fā)”，根據(jù)通信雙方的需求實(shí)時(shí)生成所需的密鑰材料，提高了密鑰管理的靈活性。當(dāng)然，QKD技術(shù)也存在一些局限性，如嚴(yán)格依賴量子信道，對硬件的要求很高，成本也相對較高，在實(shí)用化進(jìn)程中還面臨近年來，量子密鑰分發(fā)技術(shù)的研究與應(yīng)用都取得了長足進(jìn)展，性能指標(biāo)不斷刷新，應(yīng)用范圍持續(xù)拓展。在實(shí)驗(yàn)室條件下，QKD系統(tǒng)的安全密鑰率已經(jīng)突破了Mbps量級，傳與此同時(shí)，各種新型QKD協(xié)議層出不窮，從最初的離散變量編碼發(fā)進(jìn)一步提升了系統(tǒng)容量和穩(wěn)定性。工程實(shí)現(xiàn)方面，QKD技術(shù)已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，開始在真實(shí)的光纖網(wǎng)絡(luò)中絡(luò)，為政務(wù)、金融等關(guān)鍵領(lǐng)域提供了高安全通信服務(wù)。在衛(wèi)星平臺上距離限制，使得在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子保密通信成為可能。QKD技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了工程化和產(chǎn)業(yè)化的新階段，在不遠(yuǎn)的將來有望成為QKD技術(shù)與關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的融合發(fā)展前景廣闊，將從多個(gè)6《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)方面保障國家安全?；谄洫?dú)特的安全優(yōu)勢，量子密鑰分發(fā)技術(shù)在對信息安全有極高要求的關(guān)鍵領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在國防領(lǐng)域，QKD技術(shù)可用于保護(hù)軍事指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)通信網(wǎng)絡(luò)等核心基礎(chǔ)設(shè)施，防止敵對方的竊聽和破解，維護(hù)國家安全。政務(wù)領(lǐng)域涉及的政府機(jī)密信息、敏感數(shù)據(jù)等也迫切需要QKD技術(shù)來確保其機(jī)密性，尤其是涉外事務(wù)部門更需防范外國情報(bào)機(jī)構(gòu)的竊密行為。能源領(lǐng)域，特別是電力系統(tǒng)和核電站的調(diào)度控制通后果不堪設(shè)想，必須采用QKD技術(shù)進(jìn)行超強(qiáng)加密防護(hù)。此外，量子通信技術(shù)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)利用QKD技術(shù)對傳統(tǒng)密碼系統(tǒng)進(jìn)行量子增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)密鑰的安全分發(fā)和更新，或者將QKD技術(shù)與密碼認(rèn)證、簽名服務(wù)相結(jié)合，打造量子安全服務(wù)平臺，都將在金融、醫(yī)療2、后量子密碼（PQC）量子計(jì)算未來落地將對傳統(tǒng)密碼算法構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，抵御量子計(jì)算破譯的新型密碼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著量子計(jì)算原型機(jī)展現(xiàn)的量子優(yōu)勢不斷嶄露頭角，傳統(tǒng)公鑰密碼體制面臨被破解的風(fēng)險(xiǎn)。例如，基于橢圓曲線密碼體制，一旦量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)足夠的量子比特和量子誤差這意味著，一旦大規(guī)模通用量子計(jì)算機(jī)問世，現(xiàn)有的大部分網(wǎng)絡(luò)安全體系將不再安全。因此，研制能夠抵御量子計(jì)算攻擊的新型密碼算法格基密碼、碼基密碼等新型密碼機(jī)制為構(gòu)建后量子密碼體系提供了可能的解決方案。為了應(yīng)對量子計(jì)算威脅，密碼學(xué)家設(shè)計(jì)了多種可用高維數(shù)學(xué)對象格上難解問題（如最短向量問題SVP、最近向量問題CVP等）的計(jì)算復(fù)雜性，構(gòu)建新的單向陷門函數(shù)，即求解從易到難，而驗(yàn)證從難到易。碼基密碼則利用糾錯(cuò)碼的解碼復(fù)雜性，通過引入人為噪聲，構(gòu)造新型密碼算法。哈希簽名通過將待簽名消息映射到一個(gè)《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期7短消息驗(yàn)證，再對短消息進(jìn)行數(shù)字簽名，在保證安全性的同時(shí)提高效多變量二次方程等其他機(jī)制的PQC算法。目前，國際密碼學(xué)界正在對美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開展的PQC標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程引領(lǐng)全球后量子密碼技術(shù)發(fā)展方向。為積極應(yīng)對后量子時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）于2016年末啟動(dòng)了后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，旨在遴選出安全、高信息安全系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。目前，NIST在2022年7月完成了對四種后量子密碼學(xué)算法的最終選擇，其中包括用于密鑰封裝機(jī)制的CRYSTALS-Kyber算法，以及用于Falcon和SPHINCS+算法，涵蓋了展現(xiàn)出良好的安全性、性能與兼容性，于2023年8月公布了其中三種算法的標(biāo)準(zhǔn)草案，即FIPS203、FIPS204和FIPS205，這些標(biāo)準(zhǔn)有望于今年投入使用。PQC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不斷明確，對于引導(dǎo)全球后量子密碼技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)量子安全產(chǎn)金融、電信、政務(wù)等重點(diǎn)行業(yè)是后量子密碼技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，亟需制定過渡期安全策略。金融領(lǐng)域涉及大量敏感信息和高價(jià)值交易，是網(wǎng)絡(luò)攻擊的重點(diǎn)目標(biāo)。采全，將極大提升金融系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防范能力。電信運(yùn)營商承載著關(guān)鍵通信基礎(chǔ)設(shè)施，大量政企客戶信息需絡(luò)安全，對于維護(hù)國家安全和社會穩(wěn)定至關(guān)重要。此外，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)發(fā)展過程中，PQC技術(shù)也將發(fā)揮基礎(chǔ)支撐作用?？紤]到新舊密碼更替需要一個(gè)比較長的過渡期，亟需針對不同行業(yè)特點(diǎn)制定基于PQC的過渡期安全策略，如采用傳統(tǒng)密3、QKD與PQC融合發(fā)展面向后量子時(shí)代，量子密鑰分發(fā)與后量子密碼可協(xié)同發(fā)展，形成8《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)組合拳，共同構(gòu)筑未來信息安全的堅(jiān)實(shí)防線。一方面，QKD技術(shù)在密鑰分發(fā)階段能夠提供“一次一密”的無條件安全保障，但數(shù)據(jù)加密階段仍需依賴經(jīng)典密碼算法，其安全性無法從信息論意義上得到保證。另一方面，PQC雖然能夠抵御已知的量子計(jì)算攻擊，但其長期安全性仍有待理論證明，且在密鑰分發(fā)階段無法提供可證明安全性。因此，將QKD技術(shù)用于密鑰分發(fā)，PQC將極大提升整個(gè)密碼系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，QKD與PQC的結(jié)合也為解決各自局限性提供了新思路，通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是發(fā)展的重點(diǎn)方向，需要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。QKD與PQC融合發(fā)展的重點(diǎn)是構(gòu)建安全通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容與互連。需要針對不同的組網(wǎng)場景，如骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)等，設(shè)計(jì)相應(yīng)的融合組網(wǎng)方案。在協(xié)議設(shè)計(jì)上，需實(shí)現(xiàn)QKD密鑰與PQC算法的無縫對接，研究高效的密鑰管理機(jī)制。PQC算法硬件實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)，研制低成本、高集成度的QKD-PQC4、量子隱形傳態(tài)（QT）量子隱形傳態(tài)為大尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，但離實(shí)用化仍有相當(dāng)差距。量子隱形傳態(tài)是利用量子糾纏效應(yīng)，將一個(gè)量子系統(tǒng)的狀態(tài)瞬時(shí)、高保真地傳送到另一個(gè)量子系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)量子態(tài)遠(yuǎn)借助QT技術(shù)，可以構(gòu)建大尺度、全互聯(lián)的量子通信網(wǎng)絡(luò)，為分布式量子計(jì)算、量子密鑰分發(fā)等量子信年QT方案提出以來，科學(xué)家在不同物理系統(tǒng)上都實(shí)現(xiàn)了QT的概念驗(yàn)證，并在傳輸距離、保真度等性能指標(biāo)上取得重要進(jìn)展，但QT技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。核心瓶頸在于量子糾纏的產(chǎn)生與維持。相比經(jīng)典量子糾纏的產(chǎn)生和分發(fā)過程易受退相干效應(yīng)影響，導(dǎo)致遠(yuǎn)距離傳輸?shù)谋Ｕ娑群统晒β蚀蠓档?。同時(shí)，大尺度量子存儲器的缺失也制約了《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期9如何在噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程糾纏的高效制備、高保真分發(fā)與存儲，是推動(dòng)QT技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋HQT技術(shù)是量子中繼器實(shí)現(xiàn)的核心，與量子存儲、量子糾錯(cuò)等前沿領(lǐng)域高度關(guān)聯(lián)。QT過程需要借助額外的量子比特作為輔助，通過局域操作和經(jīng)典通信（LOCC），將待傳送量子態(tài)的信息編碼到預(yù)先分發(fā)的量子糾纏態(tài)上，并將其“隱形”傳送至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。因此，QT技術(shù)與量子存儲、量子糾錯(cuò)碼、容錯(cuò)量子計(jì)算等量子信息科學(xué)前沿密切相關(guān)。目前，以QT為核心的量子中繼器已成為構(gòu)建遠(yuǎn)距離量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)方案。通過級聯(lián)多個(gè)量子中繼節(jié)點(diǎn)，可突破QKD技術(shù)的傳輸距離瓶頸，實(shí)現(xiàn)更大尺度范圍內(nèi)的安全通信。同時(shí)，基于能實(shí)現(xiàn)端到端的無條件安全。近年來，以超導(dǎo)量子比特、NV色心、冷原子等為平臺的量子中繼原型研制也取得重要進(jìn)展。但受限于量子糾錯(cuò)性能，其集成規(guī)模與穩(wěn)定性尚不足以支撐實(shí)用化應(yīng)用。未來，隨著容錯(cuò)量子計(jì)算等使能技術(shù)的突破，QT有望成為構(gòu)建廣域量子通圍繞QT技術(shù)持續(xù)開展基礎(chǔ)研QT涉及量子力學(xué)最本質(zhì)的特性，是檢驗(yàn)量子力學(xué)基本原理的重要平臺。圍繞QT協(xié)議優(yōu)化、糾纏態(tài)制備與表征、噪聲抑制等方面持續(xù)開展基礎(chǔ)研究，對于深化對量子力學(xué)本質(zhì)的認(rèn)知具有重要科學(xué)意義。同時(shí)，QT也是未來構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的核心使能技術(shù)。當(dāng)前，各國均在加大QT領(lǐng)域基礎(chǔ)研究投入，力圖應(yīng)在量子通信發(fā)展戰(zhàn)略中充分考慮QT的重要地位，加大支持力度，鼓勵(lì)原始創(chuàng)新，著力攻克QT技術(shù)的核心科學(xué)問題，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，引領(lǐng)QT技術(shù)發(fā)展潮流，為構(gòu)建安全高效的量子信息網(wǎng)絡(luò)奠量子信息網(wǎng)絡(luò)是量子通信、量子計(jì)算等量子信息技術(shù)的集大成工程。量子信息網(wǎng)絡(luò)不僅能夠提供經(jīng)10《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)而且能夠?qū)崿F(xiàn)量子計(jì)算、量子精密測量等全新功能。在量子信息網(wǎng)絡(luò)隱形傳態(tài)、量子密鑰中繼等）將實(shí)現(xiàn)高安全信息傳輸，量子計(jì)算技術(shù)（如量子云服務(wù)等）將賦能計(jì)算密集型應(yīng)用，量子傳感技術(shù)（如量子雷達(dá)、量子精密授時(shí)等）將開啟前所未有的感知維度。可以預(yù)見，量子信息網(wǎng)絡(luò)將引領(lǐng)新一輪信息技術(shù)量子信息網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)攻關(guān)和場景應(yīng)用探索是關(guān)鍵著力點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，如何設(shè)計(jì)可擴(kuò)展、高效、智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支撐多種量子信息服務(wù)是關(guān)鍵科學(xué)問題。在核心器件方面，高性能量子芯片、高速光電轉(zhuǎn)換、大容量量子存儲等核心器件亟待突破，以支撐網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的靈活調(diào)度。在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)方面，需加快制定網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層的量子通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，研究多種量子信息服務(wù)的互通機(jī)制。在安全評測方面，如何建立量子網(wǎng)絡(luò)安全評估理論和檢測技術(shù)，是保障網(wǎng)絡(luò)長期安全運(yùn)行的重大課題。在融合創(chuàng)新方面，如何促進(jìn)量子信息技術(shù)與6G/7G、人工智能等技術(shù)的深度融合，形成協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)，也是重要（一）量子通信賦能更多應(yīng)用量子通信技術(shù)以其卓越的信息傳輸安全性，已經(jīng)在許多對網(wǎng)絡(luò)安全有著極高要求的行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，包括國防、政府網(wǎng)絡(luò)、金融行業(yè)以及電力行業(yè)等，為這些關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施提供了堅(jiān)實(shí)的安全以及相關(guān)終端設(shè)備的小型化和便攜展至量子即服務(wù)（QaaS）、區(qū)塊鏈技術(shù)、無人機(jī)通信、電信網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人及家庭網(wǎng)絡(luò)以及云存儲服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)而觸及更廣泛的應(yīng)用場景。它不僅可擴(kuò)展到電信網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)專網(wǎng)等場景，也可進(jìn)入家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)用戶信息和數(shù)據(jù)隱私。通過與云計(jì)算技術(shù)的深度融合，量子通信能夠成為云服務(wù)的安全傳輸通道，為云平臺上存儲的大量敏感數(shù)據(jù)提供保護(hù)。《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期展望未來，量子通信預(yù)計(jì)將進(jìn)一步連接更多的應(yīng)用入口，讓更廣泛的行業(yè)和用戶群體享受到其帶來的安全優(yōu)勢，從而促進(jìn)整個(gè)社會信息基（二）標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，為行業(yè)發(fā)展“保駕護(hù)航”量子保密通信技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用正不斷推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。目前，多個(gè)國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ETSI）、中國通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（CCSA）以及密碼行業(yè)技術(shù)標(biāo)），展量子通信的標(biāo)準(zhǔn)化研究，并已取量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將借助量子中繼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多用戶間遠(yuǎn)距離的量子糾纏共享。這一共享將為QKD提供基礎(chǔ)，進(jìn)而推動(dòng)量子安全應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。在量子中繼技術(shù)完全成熟之前，將QKD鏈路與傳統(tǒng)的可信中繼技術(shù)相結(jié)合，是構(gòu)建廣域可擴(kuò)展的QKD光纖網(wǎng)絡(luò)的有效途徑。中國正積極推動(dòng)包括量子信息在內(nèi)的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)（三）QKD科研活躍，實(shí)驗(yàn)由于光纖鏈路的固有損耗，密鑰生成速率與傳輸效率呈線性關(guān)系，限制無中繼情況下光纖傳輸?shù)淖畲缶郠KD系統(tǒng)中接收端的探測器可能存在不理想的特性，導(dǎo)致側(cè)信道安全漏洞，成為系統(tǒng)安全性的一個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn)。近年來，以雙場（TF）量子密鑰分發(fā)為代表的新型協(xié)議，由于成功消除探測器端的所有側(cè)信道安全漏洞。這種架構(gòu)不僅提高系統(tǒng)的安全性，而且將理論密鑰生成速率與傳輸效率的平方根相關(guān)聯(lián)，從而打破了PLOB界限，提高量子信道的密鑰容量。因此，TF-QKD協(xié)議被廣泛認(rèn)為是下一代遠(yuǎn)距離、高安（四）量子保密通信與PQC鑒于敏感信息長期存儲可能面12《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢研判及重點(diǎn)以及現(xiàn)有信息系統(tǒng)公鑰密碼體系升級所需的時(shí)間，全球各國在量子信息技術(shù)的應(yīng)用和風(fēng)險(xiǎn)管理方面，正積極應(yīng)對量子計(jì)算帶來的信息安全威脅。目前，QKD是全球普遍采用的解決方案。盡管QKD的部署已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但由于缺乏具有明顯優(yōu)勢和明確定義的應(yīng)用場景，技術(shù)差距依然存在，限制了其一方法。全球信息安全管理機(jī)構(gòu)和密碼學(xué)界正致力于升級現(xiàn)有的公鑰加密體系，以形成能夠抵抗量子計(jì)算破解的加密算法和體系，即抗量子計(jì)算破解加密（PQC）。算法不依賴于專用硬件，能夠通過身份驗(yàn)證共享密鑰，從而有效避免中間人攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。此外，已有研究團(tuán)隊(duì)對“PQC+QKD”融合方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。隨著NIST等國際成熟，PQC及其與QKD融合的方案有望成為應(yīng)對量子計(jì)算威脅的有效選擇，為通信提供保密性服務(wù)?；臈l件，從傳統(tǒng)密碼向抗量子密高效地制備和分配量子糾纏資源對于建立量子信息網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，目前的技術(shù)手段在糾纏產(chǎn)生率和保真度等關(guān)鍵指標(biāo)上仍有待進(jìn)一步提高。此外，發(fā)展對高維量子糾纏的操控能力，是增強(qiáng)量子信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建潛力的關(guān)鍵途徑。量子態(tài)信息的存儲和中繼技術(shù)，構(gòu)成了量子信息網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)支撐。近期，以冷原子氣體、固態(tài)摻雜晶體和全光子簇態(tài)為基礎(chǔ)的量子存儲技術(shù)及其實(shí)驗(yàn)研究取得了持續(xù)進(jìn)展，盡管在存儲持續(xù)時(shí)間、帶寬和讀取效率等指標(biāo)上尚未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，但科研工作仍在積極進(jìn)行中。實(shí)現(xiàn)光量子比特與物質(zhì)量子比特之間的量子態(tài)轉(zhuǎn)換，是構(gòu)建量子信息網(wǎng)絡(luò)物理接口的核心技術(shù)。設(shè)計(jì)不同類型、能級和編碼自由度的量子比特之間的轉(zhuǎn)換機(jī)制，是一個(gè)當(dāng)前量子信息網(wǎng)絡(luò)的傳輸和組網(wǎng)技術(shù)的《未來產(chǎn)業(yè)研究》2024年第3期實(shí)驗(yàn)研究以及初步的應(yīng)用探索也在（六）無中繼光纖量子通信網(wǎng)在量子中繼器的研發(fā)進(jìn)程中，科學(xué)家們也在積極探索無中繼光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)的可能性。2023年5月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉和張強(qiáng)教授，聯(lián)合清華大學(xué)的王向斌教授、濟(jì)南量子技術(shù)研究院的劉洋研究員，以及中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的尤立星和張偉君研究員，通過創(chuàng)新技術(shù)如低串?dāng)_相位參考信號控制和極低噪聲單光子探測器，成功實(shí)現(xiàn)了1002公里的光纖點(diǎn)對點(diǎn)量子密鑰分發(fā)，達(dá)新了無中繼光纖量子密鑰分發(fā)的世界紀(jì)錄。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在極遠(yuǎn)距離傳輸中雙場量子密鑰分發(fā)方案的實(shí)用性，表明了該協(xié)議在城際光纖網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效率量子密鑰分發(fā)的潛