量子通信產業化之路探索

劉玉琢 柏亮

摘 要：作為新一代信息技術，量子通信技術憑借在安全性方面的先天優勢，受到國際社會廣泛關注。經過多年努力，我國在量子通信技術研究和應用方面均達到世界領先水平，參與企業不斷增多，已基本形成量子通信產業鏈。通過調查研究發現，我國在量子通信產業化方面還存在標準缺失、量子穩定性差以及配套建設成本高等諸多問題。通過文獻資料研究和專家訪談等方式，文章從制度化保障、促進規模化發展和強化國際合作三方面，提出了我國量子通信產業化的對策建議，為我國量子通信產業化之路提供支撐。

關鍵詞：量子通信；產業化；信息安全

中圖分類號：TN918；O413 文獻標識碼：A

1 引言

2018年伊始，由中國科學院和中國工程院院士投票評選的2017年中國十大科技進展結果出爐，量子通信赫然在列；而在2017年末由《自然》雜志評選的2017年度十大人物中，潘建偉教授也憑借在量子通信上的貢獻榜上提名。量子通信無疑已經成為當今世界通信領域的新寵，我國更是走在了世界前列，不僅在關鍵技術研究方面取得重大突破，更在實踐應用中獲得巨大成功。但是，作為一項新型尖端科技，量子通信距離真正實現產業化仍有一段路程。因此，我國若想繼續領跑全球量子通信，必須要探索出一條適合其技術特點的產業化之路，率先實現量子通信產業化。

2 我國量子通信技術已初步具備產業化基礎

2.1 技術逐漸走向成熟

近年來，我國在量子通信領域成績斐然，取得了多項世界領先研究成果，并且已經將科研成果逐漸轉化到實用狀態。在長距離量子通信方面，“墨子號”實現了洲際量子密鑰分發和量子隱形傳態，并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信，為構建全球化量子通信網絡奠定了堅實基礎。在新型量子比特編碼方面，郭光燦團隊首次在砷化鎵半導體量子芯片中成功實現量子相干特性好、操控速度快、可控性強的電控新型編碼量子比特。在關鍵器件制造方面，我國成功實現了世界上最快的68Gbps的量子隨機數發生器，為未來超高速量子密碼系統的量子隨機數需求提供了可行的解決方案；1.25 GHz InGaAs/InP單光子探測器單片集成讀出電路技術的實現，可使高速量子通信終端設備中體積占比最大的探測器模塊尺寸減小一個數量級以上，為研制小型化量子通信系統奠定了重要的器件基礎。

2.2 參與單位不斷增多

隨著量子通信應用的陸續開展，越來越多企業看到量子通信廣闊的市場前景，紛紛涉足該領域。據不完全統計，截至2017年底，我國已陸續有36家單位涉足量子通信，其中A股上市企業有23家，市值高達4600億元。隨著參與企業的增多，多種形式的校企合作也陸續展開。阿里巴巴集團旗下的阿里云與中科院成立了“中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室”，共同開展在量子信息科學領域的前瞻性研究，研制量子計算機。華為中央研究院啟動了量子技術與未來ICT產業的契合點研究。藍盾科技與華南師范大學簽署了《共建量子密碼技術聯合實驗室框架協議》，共同籌建量子密碼技術聯合實驗室。中航工業與中國科大共建量子技術研發中心，在量子技術、微電子機械系統技術、航空大數據應用技術和人才培養等方面開展深入的產學研創新合作。此外，國科控股、科大國盾、阿里巴巴、中興通訊等還發起組建了“中國量子通信產業聯盟”，整合優勢資源，推動產業發展。

2.3 產業鏈條初步形成

目前，我國已經初步形成了涵蓋終端和元器件供應商、量子設備與解決方案提供商、網絡建設與系統集成商、網絡運營與業務提供商的量子通信產業鏈條。上游主要包括芯片、光量子探測儀等器件，代表性企業包括中天科技和烽火通信等光纖光纜企業、華工科技和福晶科技等激光器企業和芯片企業。中游主要包括量子秘鑰收發器、量子隨機數發生器收發端等核心設備以及量子堡壘機、量子交換機、量子路由器、量子集控站、量子網關等網絡設備，代表性企業包括科大國盾、問天量子、中興通訊和中電科技等眾多網絡通信設備、核心器件生產企業，以及阿里巴巴、神州信息等解決方案供應商和系統集成商。下游主要包括各類量子通信應用產品和專用網絡，代表性企業包括科華恒盛、中經云、中信國安、浙江東方、四創電子等運營商，其在電力、金融、政務領域開展了多種量子通信網絡建設。

2.4 技術應用廣泛開展

隨著量子通信技術的不斷成熟，各種類型的實踐應用也廣泛展開，其中較為成熟的領域有金融、政務和公共網絡。在金融領域，2011年，新華社和中科大合作建成了連接新華社新聞大廈和新華社信息交易所的“金融信息量子保密通信技術驗證專線”；2012年，北京市建成了金融信息量子通信驗證網；2015年，中國工商銀行北京分行實現了電子檔案信息在同城間的量子加密傳輸；2016年，上海陸家嘴金融量子保密通信應用示范網建成。在政務領域，2009年，安徽蕪湖市建成世界首個量子政務網；2011年，合肥城域量子通信試驗示范網開通；2017年，濟南黨政機關量子通信專網正式投入使用；2018年，海南省電子政務外網量子保密通信示范項目建成。在公共網絡領域，2017年，京滬干線正式開通，全長2000公里；同年，寧蘇干線正式開通；2018年，全球首條量子通信商用干線——滬杭干線全線接通。除此之外，武合干線等一批項目也在建設中。

3 我國量子通信技術產業化過程中遇到的困難

3.1 量子通信標準缺失

量子通信標準的缺失在一定程度上阻礙了我國量子通信產業化。在量子通信標準全球化競逐中，歐洲電信標準研究院（ETSI）早在2008年就組織歐、美、日、加等發達國家的相關企業和研究機構成立了量子密鑰分發（QKD）標準化組，目前已經發布了應用案例、器件接口、安全性證明和光器件特性等七項標準建議，并計劃推薦成為國際標準。IEEE也在開展“軟件定義的量子通信”標準研究。與歐美等發達國家和地區相比，我國量子通信標準化工作嚴重滯后，一方面表現在至今尚未出臺任何相關標準，另一方面表現在標準化專業機構的長期缺位。2017年6月，中國通信標準化協會（CCSA）量子通信與信息技術特設任務組（ST7）成立，下設量子通信工作組（WG1）和量子信息處理（WG2）兩個工作組。2017年9月，全國通信標準化技術委員會（TC485）量子通信分技術委員會正式申請籌建。

3.2 量子通信穩定性差

量子通信若想真正實現產業化，還需要解決量子通信穩定性差的問題。一是量子通信在成碼率、抗干擾性能還存在局限性。在現有條件下，基于量子密鑰分配或量子隱形傳態的通信技術很難超越經典通信系統在通信速率、通信距離、抗干擾等方面的性能。二是理想的量子通信協議在現實技術條件下難以實現。就單光子通信而言，單光子源生成、量子態控制及量子測量等技術并不成熟。三是光子損耗及量子退相干問題。在對量子通信過程中，如何盡量減小光子損耗，保持量子特性不被破壞，減少量子退相干效應是目前技術難題。

3.3 配套建設成本較高

配套建設成本較高也是影響量子通信產業化應用的一個重要障礙。第一，與經典保密通信將內容與密碼使用同一通信網絡配送不同的是，量子通信必須使用兩個通信網絡，一個傳送通信內容，另一個配送量子密碼，因此量子通信必定會大幅增加通信的成本。第二，當通信雙方超過上百公里時，必須使用可信任中繼站或衛星中繼，對于普通手機用戶而言，使用衛星電話進行通信的成本是難以承受的負擔。第三，目前量子通信項目的開展主要以高校、科研院所等小范圍為主，市場其他設備廠商、集成商參與范圍很小，不能形成規模化應用，這也大大增加了量子通信的建設成本。

4 對策建議

4.1 夯實制度化保障

一是加大資金支持。要加大對量子通信技術研究的投入，加大對量子通信理論、方法及相關器件的研究，進一步提高系統穩定性和可靠性，解決量子通信設備的小型化和輕量化問題，使最新量子通信研究成果在實際系統中及時轉化和應用。

二是完善稅收激勵政策。針對量子通信技術企業實施稅收減免或優惠政策，鼓勵量子通信企業積極從事量子通信技術的研發和應用推廣工作，研究制定鼓勵金融機構對量子通信技術產業投資的稅收支持政策。

三是加快標準體系建設。盡快推出一批產業發展急需、具有重要應用和推廣價值的標準，支撐量子通信技術研發和產業化發展，充分發揮協會標準化研發平臺作用，廣泛吸納各方力量參與，搶占標準化工作制高點。

4.2 促進規?；l展

一是建立量子通信技術研究和應用基地。在北京、安徽建立依托清華大學、中科院物理所、中國科學技術大學等研究機構建立量子通信技術研究基地，促進量子通信尖端技術的研發；在安徽、浙江等地建立量子通信技術應用基地，推動量子通信科技成果的轉化。

二是搭建國家級量子通信技術研發和產業化平臺，依托平臺優勢吸引更多上下游企業、高端通信企業參與到量子通信技術產業化發展中，實現協同創新和產業鏈的完善和提升。

三是推動量子通信技術試點示范工程。在量子通信技術發展較好的省份，選取金融、政務等重點領域開展量子通信技術試點工作，推動量子通信技術的開發應用，起到帶頭示范作用。

4.3 強化國際間合作

一是推進國際合作交流。建立多層次、多渠道、多方式的量子通信國際交流與合作平臺，支持我國企業和研發機構在開展聯合研發和設立研發機構，鼓勵我國企業和研究機構參與量子通信國際標準制定。

二是加強優秀人才引進。完善高層次人才引進通道制度，建立多種形式的“人才驛站”，完善企業信貸、保險等政策，鼓勵企業引進國外優秀的人才參與量子通信技術產業，鼓勵境外企業和科研機構在我國設立研發機構。

三是建立人才互訪機制。建立人員互訪機制，定期選派優秀人才赴國外進修和培訓，學習國外先進的技術和管理經驗。

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