各國競相布局量子信息技術，我國在量子通信產(chǎn)業(yè)已經(jīng)起步

量子信息科技被各國重視，紛紛投入資金和項目支持

量子是構成物質(zhì)的基本單元，是不可分割的微觀粒子（譬如光子和電子等）的統(tǒng)稱。量子具有不可全面觀測性（測不準）、不可復制性、態(tài)疊加性的性質(zhì)。

根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國量子通信行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與投資前景研究報告（2022-2029年）》顯示，量子信息是計算機、信息科學與量子物理相結合而產(chǎn)生的新興交叉學科，量子信息技術已經(jīng)成為世界各國實施高新技術戰(zhàn)略競爭的焦點之一。量子信息技術通過對光子、電子和冷原子等微觀粒子系統(tǒng)及其量子態(tài)進行精確的人工調(diào)控和觀測，借助量子疊加和量子糾纏等獨特物理現(xiàn)象，以經(jīng)典理論無法實現(xiàn)的方式獲取、傳輸和處理信息。以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術在信息安全、通信網(wǎng)絡、人工智能、空間探測、生物醫(yī)療等諸多領域?qū)a(chǎn)生基礎共性乃至顛覆性的重大影響。

量子技術主要可分為三類，分別為量子計算、量子通信和量子測量。量子技術被視為可能引發(fā)信息技術體系的顛覆性創(chuàng)新和重構，并誕生改變游戲規(guī)則的變革性應用，從而推動信息通信技術換代演進和數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)突破發(fā)展。

由于量子技術本身的重要性，各國普遍在量子方面加強了科研規(guī)劃和布局投入，各國首次規(guī)劃時間如下：

各國量子信息技術領域首次項目規(guī)劃布局

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美國長期高度重視和持續(xù)投入支持量子信息領域的科學研究和應用探索，近年來通過《國家量子行動（NQI）》《量子信息科學國家戰(zhàn)略概述》《美國量子網(wǎng)絡戰(zhàn)略規(guī)劃》等多項立法與規(guī)劃，明確量子計算機、量子互聯(lián)網(wǎng)和量子傳感器等重點發(fā)展方向，對基礎科學研究、原理樣機研制、網(wǎng)絡技術試驗和應用場景探索設臵分階段發(fā)展目標，進一步開展中長期規(guī)劃部署。NQI 方案年度報告3顯示其基礎科研和重點發(fā)展領域投資規(guī)模遠超原計劃，支持與推動力度正進一步加大。根據(jù) NQI 立法授權，美國白宮國家科學技術委員會成立國家量子協(xié)調(diào)辦公室，牽頭組織國家科學基金會（NSF）、能源部（DoE）和國家技術標準局（NIST）等多部門，在基礎科學研究、工程技術研發(fā)、應用場景探索、人才教育培訓和產(chǎn)業(yè)鏈構建等方面，開展全方位體系化布局。NSF 向美國高校優(yōu)勢科研團隊注資，新成立三所量子飛躍挑戰(zhàn)研究所，持續(xù)支持四家量子信息科學物理前沿中心。DoE 在下屬國家實驗室體系中成立五個量子信息研究中心，牽頭組織量子互聯(lián)網(wǎng)等技術驗證實驗，支持基礎科研成果的工程研發(fā)轉化。NIST 開展光鐘、量子探測存儲和抗量子計算破解加密算法等技術研究與標準化，提供微納加工平臺和超低溫測試床等基礎設施服務。

我國高度重視和大力支持量子信息領域的基礎研究、科學實驗、網(wǎng)絡建設和示范應用。2020 年 10 月，習近平總書記在中共中央政治局第二十四次集體學習中，做出把握量子科技大趨勢，下好先手棋系列重要指示，為加快促進我國量子信息技術領域發(fā)展提供了戰(zhàn)略指引和根本遵循。2021 年 3 月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 2035 年遠景目標綱要》正式發(fā)布4，明確提出聚焦量子信息等重大創(chuàng)新領域組建一批國家實驗室；瞄準量子信息等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目；在量子信息等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領域，組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)；加快布局量子計算、量子通信等前沿技術，加強基礎學科交叉創(chuàng)新；深化軍民科技協(xié)同創(chuàng)新，加強量子科技等領域軍民統(tǒng)籌發(fā)展。2021 年以來，北京、安徽、廣東、上海、山東等21 個省市在地方―十四五‖科技與信息技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，對量子信息領域基礎科研、應用探索和產(chǎn)業(yè)培育等方面做出具體部署，提供政策引導與項目支持。

我國在量子通信領域有著一定的先發(fā)優(yōu)勢

量子通信則主要是指量子加密通信，即利用量子的疊加態(tài)和糾纏效應，在經(jīng)典通信的輔助下進行量子密鑰的產(chǎn)生、分發(fā)和接收，可以在很大程度上提升信息的安全性?；诹孔用荑€分發(fā)和對稱加密算法的量子保密通信技術已經(jīng)初步實用化，在商用設備、實驗網(wǎng)絡和示范應用等方面取得了一定的進展，但仍面臨下游需求不明，業(yè)績持續(xù)性不足等問題。

量子通信主要依賴量子隨機數(shù)發(fā)生器（QRNG）、量子密鑰分發(fā)設備（QKD）等一系列量子密鑰生成和傳輸設備集合形成密鑰資源，并進一步依賴集成后的量子安全設備和量子網(wǎng)絡為政務、金融、電力、數(shù)據(jù)中心等客戶提供信息加密服務。

我國在量子通信領域?qū)＠暾垟?shù)量遙遙領先，為當前世界各國中專利申請最多國家，我國量子通信發(fā)展具備其競爭優(yōu)勢。

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我國量子通信發(fā)展：

（1）京－津量子通信網(wǎng)絡

2004 年，中國科學技術大學郭光燦團隊完成了從北京望京－河北香河－天津?qū)氎娴牧孔用荑€分發(fā)，所用的商用光纖長度可達 125km。

（2）北京星型量子通信網(wǎng)絡

2007 年，中國科學技術大學郭光燦團隊在北京成功搭建了四用戶星型量子通信網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡基于誘騙態(tài)方案實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)，網(wǎng)絡中最長商用光纖鏈路可達 42km。

（3）合肥量子電話網(wǎng)

2008 年 10 月，中國科學技術大學潘建偉團隊實現(xiàn)了基于可信中繼方式的量子電話網(wǎng)。該網(wǎng)絡基于商用光纖搭建，包括 3 個節(jié)點，分別位于杏林、中國科學技術大學、濱湖，有 2 條點對點量子密鑰分發(fā)鏈路，平均鏈路長度約為 20km。

（4）蕪湖量子政務網(wǎng)

2009 年 5 月，中國科學技術大學郭光燦團隊在安徽蕪湖建成了一個 7 節(jié)點的量子通信網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡中有 4 個節(jié)點由基于波分復用的被動式路由器連接，構成無中繼干網(wǎng)。該網(wǎng)絡鏈路長度可達 10km，量子密鑰成碼率約 0.49kb/s。

（5）合肥全通型量子電話網(wǎng)

2009 年 8 月，中國科學技術大學潘建偉團隊在合肥建成了一個星型 5 節(jié)點全通型量子電話網(wǎng)，實現(xiàn)了基于一次一密的安全保密通話功能。該網(wǎng)絡采用全通型光交換機作為組網(wǎng)設備，利用波分復用技術實現(xiàn)了量子信號和同步信號的共纖傳輸。

（6）合肥城域量子通信網(wǎng)絡

2012 年 2 月，合肥城域量子通信網(wǎng)絡建成。該網(wǎng)絡包括 46 個節(jié)點，采用基于集控站的組網(wǎng)方式，三個集控站組成環(huán)形網(wǎng)絡，通過集控站中的矩陣型光量子交換機實現(xiàn)星型網(wǎng)絡拓展，并保留了全通型光量子交換機下掛用戶的結構，從而構成混合型網(wǎng)絡拓撲。整個網(wǎng)絡使用光纖約 1700km，借助量子密鑰分發(fā)技術，能夠?qū)崿F(xiàn)高安全等級的實時語音通信、文件傳輸?shù)裙δ堋?/span>

（7）金融信息量子通信網(wǎng)

2012 年 2 月，新華社和中國科大合作建設的金融信息量子通信驗證網(wǎng)在北京開通，建成了連接新華社新聞大廈和新華社金融信息交易所的“金融信息量子保密通信技術驗證專線”，包括四個節(jié)點、三個用戶，形成了世界上第一個金融信息領域的量子通信應用網(wǎng)絡。

（8）濟南量子通信網(wǎng)絡

2013 年 11 月，濟南城域量子通信網(wǎng)絡建成并投入使用。該網(wǎng)絡具有 56 個節(jié)點，接入 20 多家單位的 90 余個用戶。該網(wǎng)絡能夠提供基于量子密鑰加密的語音、視頻電話以及數(shù)據(jù)通信服務，并且在網(wǎng)絡中初步實現(xiàn)了設備管理、性能監(jiān)控、拓撲管理等網(wǎng)絡管理能力。主干網(wǎng)采用集控站組網(wǎng)的方案，接入網(wǎng)采用了全通型光量子信道交換機進行鏈路匯聚。全網(wǎng)共有 437條量子密鑰分發(fā)鏈路動態(tài)工作，經(jīng)過長期測試工作穩(wěn)定。

（9）京滬干線量子通信網(wǎng)絡

2017 年 9 月，“京滬干線”量子通信網(wǎng)絡正式開通，該干線開通后，實現(xiàn)了連接北京、上海，貫穿濟南和合肥全長 2000 多公里的光纖量子通信骨干網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡沿線一共設置了北京、濟南、合肥、上海等 32 個可信中繼站點，全線路量子密鑰成碼率大于 20kb/s，已在交通銀行、工商銀行京滬間遠程應用。

（10）星地一體化量子通信網(wǎng)絡

2017 年 9 月，“京滬干線”與“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星成功對接，在世界上首次實現(xiàn)了洲際量子通信。這意味著全球首個星地一體化的量子通信網(wǎng)絡已初具雛形。該網(wǎng)絡已實現(xiàn)北京、上海、濟南、合肥、烏魯木齊南山地面站和奧地利科學院 6 點間的洲際量子保密通信視頻會議。

（11）武漢量子通信網(wǎng)絡

2017 年 10 月，武漢市量子通信網(wǎng)絡一期建成并開始運營。該網(wǎng)絡是采用“經(jīng)典－量子波分復用技術”的商用網(wǎng)絡。用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)通信和量子密鑰分發(fā)可以用一根光纖承載，減少了對光纖資源的占用。該網(wǎng)絡完全建成后將覆蓋 60 個用戶節(jié)點，目前主要面向政務領域提供服務。

（12）‘星地一體’環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡

2020 年 10 月，海南省“‘星地一體’環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡”項目簽約。量子保密通信網(wǎng)絡將為海南自貿(mào)港政務、金融、交通、能源等領域提供高等級的安全服務。該項目還將在海南文昌建設實用化量子衛(wèi)星地面站，實現(xiàn)與“墨子號”的對接，從而將環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡接入到國家骨干網(wǎng)，實現(xiàn)海南和北京、上海、廣州等重要城市的跨域數(shù)據(jù)安全流通。

我國量子通信技術的快速發(fā)展得益于國家的提前布局和支持。十三五期間，如安徽、山東、北京、上海、江蘇、浙江、廣東、新疆等眾多省份將發(fā)展量子信息技術、建設量子通信網(wǎng)絡，在十四五階段，中國量子保密通信市場也將迎來快速發(fā)展階段。

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量子通信產(chǎn)業(yè)鏈較長，部分領域我國走在世界前列

盡管量子通信產(chǎn)業(yè)仍處在發(fā)展的相對應用的早期階段，但是中國量子通信產(chǎn)業(yè)鏈已日趨完善。我國的量子保密通信技術已經(jīng)逐漸走到了世界前列，產(chǎn)業(yè)化更是先行于世界，初步形成了一條探索型產(chǎn)業(yè)鏈，涉及基礎研究環(huán)節(jié)、設備研發(fā)環(huán)節(jié)、建設運維環(huán)節(jié)、安全應用環(huán)節(jié)。

量子通信產(chǎn)業(yè)鏈

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產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要是元器件供應商和核心設備制造商，且已基本實現(xiàn)自主可控。上游元器件包括器件、芯片和雪崩二極管，器件又包括單光子探測器件、頻率轉換器件和量子隨機器件等；芯片包括信號處理芯片、光學芯片及量子光源等。上游元器件目前國內(nèi)基本可以做到完全自主供給。

量子通信的核心設備制造，包括量子制備、存儲、交換等，具體包括量子密鑰分發(fā)設備、量子交換機、量子網(wǎng)關、量子網(wǎng)絡站控、量子隨機數(shù)發(fā)生器等，以及中游的量子設備與解決方案提供環(huán)節(jié)，這是整個量子通信產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)供應商主要是國盾量子、問天量子、九州量子等量子通信核心設備商；此外，量子保密通信還會用到經(jīng)典通道，因此華為、中興等通信設備商也在產(chǎn)業(yè)鏈中。

產(chǎn)業(yè)鏈的中游主要是量子通信網(wǎng)絡的傳輸層和平臺層，傳輸層依靠現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡即可，目前國內(nèi)量子保密通信網(wǎng)絡的建設包括了三個層級：國家骨干網(wǎng)（一級干線）、省骨干網(wǎng)（二級干線）和城域網(wǎng)。與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡類似，量子保密通信網(wǎng)絡除了設備商還需要運維商，唯一的不同是，量子網(wǎng)絡的運維不是壟斷行業(yè)，不僅是量子網(wǎng)絡公司可以參與，還有神州信息、中國通服等傳統(tǒng)運維商。比如“京滬干線”的建設，提供傳輸干線服務的公司是中國有線電視網(wǎng)絡有線公司，提供系統(tǒng)集成服務的公司是神州數(shù)碼系統(tǒng)集成服務有線公司（神州信息子公司）、中國通信建設集團有線公司（中國通服子公司）等。

平臺層包括了經(jīng)典網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)、量子網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)、量子密鑰分發(fā)子系統(tǒng)、綜合網(wǎng)絡監(jiān)控子系統(tǒng)、備份與容災子系統(tǒng)、量子密鑰管理子系統(tǒng)等。

量子通信產(chǎn)業(yè)鏈下游主要是各種行業(yè)應用，包括金融、軍事、政務、商務等領域，這些領域?qū)ΡＣ芡ㄐ诺男枨筝^大。