量子通信产业化之路探索

刘玉琢 柏亮

摘 要：作为新一代信息技术，量子通信技术凭借在安全性方面的先天优势，受到国际社会广泛关注。经过多年努力，我国在量子通信技术研究和应用方面均达到世界领先水平，参与企业不断增多，已基本形成量子通信产业链。通过调查研究发现，我国在量子通信产业化方面还存在标准缺失、量子稳定性差以及配套建设成本高等诸多问题。通过文献资料研究和专家访谈等方式，文章从制度化保障、促进规模化发展和强化国际合作三方面，提出了我国量子通信产业化的对策建议，为我国量子通信产业化之路提供支撑。

关键词：量子通信；产业化；信息安全

中图分类号：TN918；O413 文献标识码：A

1 引言

2018年伊始，由中国科学院和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展结果出炉，量子通信赫然在列；而在2017年末由《自然》杂志评选的2017年度十大人物中，潘建伟教授也凭借在量子通信上的贡献榜上提名。量子通信无疑已经成为当今世界通信领域的新宠，我国更是走在了世界前列，不仅在关键技术研究方面取得重大突破，更在实践应用中获得巨大成功。但是，作为一项新型尖端科技，量子通信距离真正实现产业化仍有一段路程。因此，我国若想继续领跑全球量子通信，必须要探索出一条适合其技术特点的产业化之路，率先实现量子通信产业化。

2 我国量子通信技术已初步具备产业化基础

2.1 技术逐渐走向成熟

近年来，我国在量子通信领域成绩斐然，取得了多项世界领先研究成果，并且已经将科研成果逐渐转化到实用状态。在长距离量子通信方面，“墨子号”实现了洲际量子密钥分发和量子隐形传态，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信，为构建全球化量子通信网络奠定了坚实基础。在新型量子比特编码方面，郭光灿团队首次在砷化镓半导体量子芯片中成功实现量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特。在关键器件制造方面，我国成功实现了世界上最快的68Gbps的量子随机数发生器，为未来超高速量子密码系统的量子随机数需求提供了可行的解决方案；1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器单片集成读出电路技术的实现，可使高速量子通信终端设备中体积占比最大的探测器模块尺寸减小一个数量级以上，为研制小型化量子通信系统奠定了重要的器件基础。

2.2 参与单位不断增多

随着量子通信应用的陆续开展，越来越多企业看到量子通信广阔的市场前景，纷纷涉足该领域。据不完全统计，截至2017年底，我国已陆续有36家单位涉足量子通信，其中A股上市企业有23家，市值高达4600亿元。随着参与企业的增多，多种形式的校企合作也陆续展开。阿里巴巴集团旗下的阿里云与中科院成立了“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”，共同开展在量子信息科学领域的前瞻性研究，研制量子计算机。华为中央研究院启动了量子技术与未来ICT产业的契合点研究。蓝盾科技与华南师范大学签署了《共建量子密码技术联合实验室框架协议》，共同筹建量子密码技术联合实验室。中航工业与中国科大共建量子技术研发中心，在量子技术、微电子机械系统技术、航空大数据应用技术和人才培养等方面开展深入的产学研创新合作。此外，国科控股、科大国盾、阿里巴巴、中兴通讯等还发起组建了“中国量子通信产业联盟”，整合优势资源，推动产业发展。

2.3 产业链条初步形成

目前，我国已经初步形成了涵盖终端和元器件供应商、量子设备与解决方案提供商、网络建设与系统集成商、网络运营与业务提供商的量子通信产业链条。上游主要包括芯片、光量子探测仪等器件，代表性企业包括中天科技和烽火通信等光纤光缆企业、华工科技和福晶科技等激光器企业和芯片企业。中游主要包括量子秘钥收发器、量子随机数发生器收发端等核心设备以及量子堡垒机、量子交换机、量子路由器、量子集控站、量子网关等网络设备，代表性企业包括科大国盾、问天量子、中兴通讯和中电科技等众多网络通信设备、核心器件生产企业，以及阿里巴巴、神州信息等解决方案供应商和系统集成商。下游主要包括各类量子通信应用产品和专用网络，代表性企业包括科华恒盛、中经云、中信国安、浙江东方、四创电子等运营商，其在电力、金融、政务领域开展了多种量子通信网络建设。

2.4 技术应用广泛开展

随着量子通信技术的不断成熟，各种类型的实践应用也广泛展开，其中较为成熟的领域有金融、政务和公共网络。在金融领域，2011年，新华社和中科大合作建成了连接新华社新闻大厦和新华社信息交易所的“金融信息量子保密通信技术验证专线”；2012年，北京市建成了金融信息量子通信验证网；2015年，中国工商银行北京分行实现了电子档案信息在同城间的量子加密传输；2016年，上海陆家嘴金融量子保密通信应用示范网建成。在政务领域，2009年，安徽芜湖市建成世界首个量子政务网；2011年，合肥城域量子通信试验示范网开通；2017年，济南党政机关量子通信专网正式投入使用；2018年，海南省电子政务外网量子保密通信示范项目建成。在公共网络领域，2017年，京沪干线正式开通，全长2000公里；同年，寧苏干线正式开通；2018年，全球首条量子通信商用干线——沪杭干线全线接通。除此之外，武合干线等一批项目也在建设中。

3 我国量子通信技术产业化过程中遇到的困难

3.1 量子通信标准缺失

量子通信标准的缺失在一定程度上阻碍了我国量子通信产业化。在量子通信标准全球化竞逐中，欧洲电信标准研究院（ETSI）早在2008年就组织欧、美、日、加等发达国家的相关企业和研究机构成立了量子密钥分发（QKD）标准化组，目前已经发布了应用案例、器件接口、安全性证明和光器件特性等七项标准建议，并计划推荐成为国际标准。IEEE也在开展“软件定义的量子通信”标准研究。与欧美等发达国家和地区相比，我国量子通信标准化工作严重滞后，一方面表现在至今尚未出台任何相关标准，另一方面表现在标准化专业机构的长期缺位。2017年6月，中国通信标准化协会（CCSA）量子通信与信息技术特设任务组（ST7）成立，下设量子通信工作组（WG1）和量子信息处理（WG2）两个工作组。2017年9月，全国通信标准化技术委员会（TC485）量子通信分技术委员会正式申请筹建。

3.2 量子通信稳定性差

量子通信若想真正实现产业化，还需要解决量子通信稳定性差的问题。一是量子通信在成码率、抗干扰性能还存在局限性。在现有条件下，基于量子密钥分配或量子隐形传态的通信技术很难超越经典通信系统在通信速率、通信距离、抗干扰等方面的性能。二是理想的量子通信协议在现实技术条件下难以实现。就单光子通信而言，单光子源生成、量子态控制及量子测量等技术并不成熟。三是光子损耗及量子退相干问题。在对量子通信过程中，如何尽量减小光子损耗，保持量子特性不被破坏，减少量子退相干效应是目前技术难题。

3.3 配套建设成本较高

配套建设成本较高也是影响量子通信产业化应用的一个重要障碍。第一，与经典保密通信将内容与密码使用同一通信网络配送不同的是，量子通信必须使用两个通信网络，一个传送通信内容，另一个配送量子密码，因此量子通信必定会大幅增加通信的成本。第二，当通信双方超过上百公里时，必须使用可信任中继站或卫星中继，对于普通手机用户而言，使用卫星电话进行通信的成本是难以承受的负担。第三，目前量子通信项目的开展主要以高校、科研院所等小范围为主，市场其他设备厂商、集成商参与范围很小，不能形成规模化应用，这也大大增加了量子通信的建设成本。

4 对策建议

4.1 夯实制度化保障

一是加大资金支持。要加大对量子通信技术研究的投入，加大对量子通信理论、方法及相关器件的研究，进一步提高系统稳定性和可靠性，解决量子通信设备的小型化和轻量化问题，使最新量子通信研究成果在实际系统中及时转化和应用。

二是完善税收激励政策。针对量子通信技术企业实施税收减免或优惠政策，鼓励量子通信企业积极从事量子通信技术的研发和应用推广工作，研究制定鼓励金融机构对量子通信技术产业投资的税收支持政策。

三是加快标准体系建设。尽快推出一批产业发展急需、具有重要应用和推广价值的标准，支撑量子通信技术研发和产业化发展，充分发挥协会标准化研发平台作用，广泛吸纳各方力量参与，抢占标准化工作制高点。

4.2 促进规模化发展

一是建立量子通信技术研究和应用基地。在北京、安徽建立依托清华大学、中科院物理所、中國科学技术大学等研究机构建立量子通信技术研究基地，促进量子通信尖端技术的研发；在安徽、浙江等地建立量子通信技术应用基地，推动量子通信科技成果的转化。

二是搭建国家级量子通信技术研发和产业化平台，依托平台优势吸引更多上下游企业、高端通信企业参与到量子通信技术产业化发展中，实现协同创新和产业链的完善和提升。

三是推动量子通信技术试点示范工程。在量子通信技术发展较好的省份，选取金融、政务等重点领域开展量子通信技术试点工作，推动量子通信技术的开发应用，起到带头示范作用。

4.3 强化国际间合作

一是推进国际合作交流。建立多层次、多渠道、多方式的量子通信国际交流与合作平台，支持我国企业和研发机构在开展联合研发和设立研发机构，鼓励我国企业和研究机构参与量子通信国际标准制定。

二是加强优秀人才引进。完善高层次人才引进通道制度，建立多种形式的“人才驿站”，完善企业信贷、保险等政策，鼓励企业引进国外优秀的人才参与量子通信技术产业，鼓励境外企业和科研机构在我国设立研发机构。

三是建立人才互访机制。建立人员互访机制，定期选派优秀人才赴国外进修和培训，学习国外先进的技术和管理经验。

参考文献

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