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量子通信利用量子力学原理进行信息传输和处理, 因其具有高安全、高容量等优点而逐渐发展成为一种极为重要的通信方式。量子通信产业是未来全球信息安全产业的重要领域之一,是重要的战略性产业,因其富有未来的前景而被誉为富矿产业。

我国量子通信产业已取得一定的发展成果,在全球范围处于较为领先的地位。近期我国科学家首次提出了一种远距离量子安全直接通信网络并证实其可行性,该技术可以实现整个量子互联网上安全的端到端通信,突破通信距离的瓶颈,为未来实现大规模网络通信奠定了基础。

当前是量子通信产业发展的重要机遇期,本文从战略地位、发展阶段、产业格局、发展建议等方面对我国量子通信产业进行简要分析。

01战略地位:量子通信是战略性产业

世界主要国家高度关注量子信息产业发展。

美国对量子通信理论研究较早,同时也较早地将量子技术列入国家战略、国防和国家安全研发计划。英国于2015年启动“国家量子技术专项”,设立量子通信、传感、成像和计算研发中心,开展学术与应用研究,希望在10年内建成国家量子通信网络。德国于2018年11月通过第一个系统推进量子技术研究的框架计划——《量子技术:从基础到市场》。此外,日本、韩国、俄罗斯、加拿大等国家也已展开各自的量子通信研究与发展工作。

我国量子通信产业历经多年的发展,当前已经取得了一定的成果。今年,我国在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划2030年远景目标纲要》中进一步指出要加快量子信息等科技前沿领域的攻关。

02发展阶段:历经战略导入、技术向产业化过渡、产业化推广三大阶段

战略导入阶段(2013-2015年):这一阶段开始重视并关注量子通信技术。2013年2月量子通信被纳入《国家重大基础设施建设中长期规划》中;2015年1月《国家安全战略纲要》指出了量子通信对国家信息安全的战略意义。同时,在这一阶段我国前瞻性地部署了世界首条远距离量子保密通信“京沪干线”,开展了相关技术的应用示范并取得一定经验。

技术向产业化过渡阶段(2016-2017年):这一阶段是量子通信技术向产业化过渡的阶段,国家高层及相关科研机构、高校在量子通信产业领域发力,同时也有企业开始在这一产业着力布局。2016年《中国国民经济和社会发展第十三个五年计划纲要》提出要发展量子通信和泛在安全物联网,同年《中国科学院“十三五”发展规划纲要》指出加强核心器件的自主研发,初步形成构建空地一体广域量子通信网络体系的能力,并在全天时卫星量子通信技术上取得突破。

2017 年国家在《关于组织实施 2018 年新一代信息基础设施建设工程的通知》指出,在京津冀、长江经济带等重点区域建设量子保密通信骨干网及城域网,并在若干地区建设卫星地面站,形成量子保密通信骨干环网,同时进一步推进其在信息通信领域及政务、金融、电力等行业的应用。在这一阶段,墨子号量子科学实验卫星发射升,ZXR10系列量子安全路由器产品亮相,沪杭干线开通启用,首个商用量子保密通信专网验收,首次实现洲际量子保密视频通话。

产业化推广阶段(2018年至今):这一阶段量子通信产业在应用场景有着较为丰富的探索,例如军事国防、政务、金融、互联网云服务、电力等领域,同时在技术层面上与云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链等新兴技术融合创新。2018 年《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》指出要加快实施量子通信与量子计算机、脑科学与类脑研究等“科技创新 2030 重大项目”;2019年《产业结构调整指导目录(2019年本)》提出鼓励量子通信设备产业;2021年《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划2030年远景目标纲要》提出要加快科技前沿领域攻关中涉及量子通信,包含激励城域、城际、自由空间量子通信技术研发等内容。在这一阶段,全球首个可移动量子卫星地面站与“墨子号”卫星对接成功,实现500km级别真实环境光纤的双场量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发,研制出首台量子直接通信样机。

图1:量子通信产业发展阶段示意图来源:火石创造根据公开资料整理

03产业格局:沪、庐、济三城引领量子通信产业发展

当前我国形成了以上海、合肥、济南三大节点城市为引领的量子通信产业发展格局,这三个城市在量子通信领域有着不同的发展优势。上海是枢纽性城市,拥有量子通信的大数据中心与上海总控中心,在技术研究领域有着一定的领先能力,同时在金融领域的示范方面有着重要突出的建设。合肥市具备较好的校企结合技术实力与产品化能力,在产品端有较高的发展水平。济南有世界上规模最大的量子通信实验网,在多领域有丰富的应用经验。

此外,量子通信相关内容出现在北京市、浙江省、广东省、河北省、山东省等多省市的“十四五”规划中,部分省市均在加快量子通信产业的布局与发展。

04应用场景:产业应用的场景逐渐丰富

量子通信产业在垂直行业中的应用场景逐渐丰富,但仍处于产业化推广阶段。以下简要列举几个量子通信的应用场景。

金融应用:银行和金融服务部门在运营中严重依赖信息技术,金融信息系统必须保证金融交易的机密性、完整性、访问控制、鉴别、审计、追踪、可用性、抗抵赖性和可靠性。目前中国量子通信已经可以为银行、证券、期货、基金等金融机构开展数据中心异地灾备、企业网银实时转账等应用。

政务应用:政府机关单位对信息的安全性有很高的要求,政务网络中运行的内部办公应用、电子政务、对外便民服务等类型的信息系统安全高效运行至关重要。当前我国多地已建成量子政务网。

电力系统应用: 电力系统涉及发、变、输、配、用等多个流程,对安全、稳定、可靠方面有着很高的要求。电力系统关系国计民生,在中国大力推动智能电网建设和输配电改革的背景下,量子通信对于电力系统安全稳定可靠运行有望发挥一定的作用。

汽车信息安全应用:当前智能网联汽车信息安全问题日益严重,智能网联汽车信息安全已经成为汽车产业甚至社会关注的热点。在车联网技术应用程度逐渐加深的今天,随着量子通信技术的发展与逐渐成熟,量子通信技术可能在汽车信息安全领域中有所应用。

图2 :量子通信应用展望来源:火石创造根据公开资料整理

05发展建议:技术、区域、企业多层面精准发力

技术方面,应加强量子通信技术长期攻关,保障我国在量子通信领域的技术前沿地位。建议国家层面通过顶层设计、资源整合、重点投入等方式,组织产学研开展协同创新,开发关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术,强化对量子通信底层技术的自主要饭;完善量子通信人才培养,以市场生态引导学科建设,加强高校和科研院的人才培养。

区域方面,应加强对量子通信产业的应用与落地能力的促进。结合区域自身量子通信产业发展基础与优势,强化量子通信产业的落地;城市在开展量子通信应用落地时,同时应当关注所在城市群的量子通信建设情况。

企业方面,企业应结合自身的发展基础,找准企业在产业链中的优势环节,结合产业发展趋势精准定位。 

参考文献:[1]量子保密通信技术白皮书(2018)

[2]量子安全技术白皮书(2020)

[3]吕婵．量子通信产业“三城演义”[J]．决策,2016(12):60-62．