1、量子通信概述
量子通信是利用物理實(shí)體粒子（如光子、原子、分子、離子）的某個(gè)物理量的量子態(tài)作為信息編碼的載體，通過(guò)量子信道將該量子態(tài)進(jìn)行傳輸到達傳遞信息目的，是量子信息科學(xué)的重要研究分支。其核心在于以量子態(tài)來(lái)編碼信息并傳輸，其通信過(guò)程服從量子不確定性原理、量子相干疊加和量子非定域性等量子力學(xué)的基本物理原理。
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國量子通信行業(yè)發(fā)展現狀分析與未來(lái)前景研究報告（2024-2031年）》顯示，在產(chǎn)業(yè)鏈方面，我國量子通信行業(yè)上游為元器件及核心設備，包括信號處理芯片、光纖光纜、雪崩二極管、射頻器件、量子密鑰分發(fā)器、量子路由器、量子交換機、量子隨機發(fā)生器等；中游為網(wǎng)絡(luò )傳輸線(xiàn)路及系統平臺，包括光纖骨干網(wǎng)、衛星中繼、經(jīng)典網(wǎng)絡(luò )管理子系統、備份與容災子系統、綜臺網(wǎng)絡(luò )監控子系統、星子密鑰分發(fā)子系統、量子網(wǎng)絡(luò )管理子系統等；下游消費市場(chǎng)，應用于軍事國防、電子政務(wù)、電子商務(wù)、能源電力、電子醫療、電信運營(yíng)等領(lǐng)域。
量子通信行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈圖解
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2、量子密鑰分發(fā)為“無(wú)條件安全”通信方式
按照不同技術(shù)分類(lèi)，可以把量子通信產(chǎn)業(yè)分為：（1）量子密鑰分發(fā)（QKD）；（2）量子隨機數發(fā)生器（QRNG）；（3）量子隱形形態(tài)（QT）。其中，已應用的量子保密通信技術(shù)，仍依賴(lài)于經(jīng)典通信；量子密碼尤其是量子密鑰分發(fā)發(fā)展最為成熟，正迅速走向實(shí)用化；子密集編碼技術(shù)仍處于基礎研究階段，實(shí)驗條件尚不成熟。
具體分析量子密鑰分發(fā)，為“無(wú)條件安全”通信方式。量子密鑰分發(fā)利用量子物理原理實(shí)現遠程密鑰交換或協(xié)商并保障密鑰交換的安全性，是最先實(shí)用化的量子信息技術(shù)，可以提升加密通信體系的長(cháng)期安全性，在國際上得到了廣泛的認同和大力推廣。
量子密鑰分發(fā)的主要優(yōu)勢在于安全性，無(wú)論攻擊者具有怎樣的計算分析能力、乃至任意的量子計算分析能力，量子密鑰分發(fā)都是安全的。因此，近年來(lái)，全球越來(lái)越多國家對量子密鑰分發(fā)進(jìn)行研究。例如，2022年4月，清華大學(xué)龍桂魯團隊首次實(shí)現通信距離達到100公里的量子直接通信新系統，這是目前世界上最長(cháng)的量子直接通信距離，有助于實(shí)現無(wú)中繼條件下城際量子直接通信。
全球量子密鑰分發(fā)主要進(jìn)展
| 時(shí)間 | 國家/地區 | 研究主體 | 主要進(jìn)展 |
| 2021.06 | 日本 | 東芝公司 | 首次演示了超過(guò)600公里的遠程光纖量子密鑰分發(fā)(QKD) |
| 2021.06 | 日本 | 東芝公司東北大學(xué) | 演示了整個(gè)人類(lèi)基因組在600公里光纖上的傳輸 |
| 2021.06 | 中國 | 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) | 潘建偉團隊在511公里光纖鏈路上實(shí)現雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)(TF-QKD)，并在無(wú)可信中繼的情況下，連接濟南和青島兩城。成為全球首個(gè)無(wú)可信中繼的長(cháng)距離光纖QKD網(wǎng)絡(luò ) |
| 2022.01 | 中國 | 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) | 郭光燦團隊實(shí)現833公里無(wú)中繼尤纖量子密鑰分發(fā)，刷新世界紀錄 |
| 2021.06 | 意大利 | 帕多瓦大學(xué) | 展示了一套自動(dòng)化、且馬于操作的量子密鑰分發(fā)(QKD)系統 |
| 2021.08 | 捷克、波蘭 | 奧斯特拉發(fā)大學(xué) | OPENQKD項目的合作伙伴奧斯特拉發(fā)技術(shù)大學(xué)、捷克國家超級計算中心1T4 Innovations和C ESNET科學(xué)網(wǎng)絡(luò )以及波茲南超級計算和網(wǎng)絡(luò )中心(PSNC)和PIONIER網(wǎng)絡(luò )，對數據傳輸進(jìn)行了成功測試QKD。由75公里的跨境光路相連，得到了平均量子比特誤碼率為2.19%。 |
| 2021.10 | 瑞士 | ID Quantique | 推出專(zhuān)為學(xué)術(shù)界、研究所和創(chuàng )新實(shí)驗室設計的第四代QKD平臺——Cerberis XGR |
| 2021.10 | 英國 | 東芝歐洲公司 | 開(kāi)發(fā)了全球首個(gè)基于芯片的量子密鑰分發(fā)(QKD)系統 |
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3、全球量子通信市場(chǎng)規模穩定擴大，我國已經(jīng)達到百億級別
隨著(zhù)國防、政務(wù)等下游需求不斷釋放，全球量子通信市場(chǎng)規模穩定擴大，預計2030年將達到196.8億美元。而我國量子通信行業(yè)市場(chǎng)規模已經(jīng)達到百億級別，截止2022年為709億元，較上年同比增長(cháng)14.72%。
數據來(lái)源：觀(guān)研天下整理
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4、下游應用多點(diǎn)開(kāi)花，我國量子通信行業(yè)發(fā)展前景可觀(guān)
同時(shí)，在應用領(lǐng)域，量子保密通信仍局限于國防，銀行，政務(wù)等領(lǐng)域，隨著(zhù)軟硬件技術(shù)不斷成熟，量子通信下游商業(yè)化應用值得期待。目前，我國量子保密通信技術(shù)實(shí)際應用已經(jīng)走在國際前列，基本全面實(shí)現核心設備全鏈生產(chǎn)。
例如，在政務(wù)領(lǐng)域，我國大陸共有23個(gè)省、5個(gè)自治區、4個(gè)直轄市、294個(gè)地級市、363個(gè)縣級市，各自的政務(wù)網(wǎng)平均覆蓋本地約30～50個(gè)數量左右的政府部門(mén)，依托本地的量子保密通信城域網(wǎng)，可方便地對政務(wù)辦公網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行量子安全優(yōu)化升級。像2022年2月，濟南市電子政務(wù)外網(wǎng)認證系統量子通信應用平臺正式投入使用，采用國盾量子密鑰分發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，并通過(guò)了國家信息中心（國家電子政務(wù)外網(wǎng)管理中心）成果驗證，首次實(shí)現了國家、省、市、區、街道五級電子政務(wù)外網(wǎng)節點(diǎn)與量子通信網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)跨網(wǎng)對接，以及量子通信技術(shù)在電子政務(wù)外網(wǎng)認證體系中的應用，具有重要的示范推廣價(jià)值。
再者例如電網(wǎng)領(lǐng)域，融合量子保密通信技術(shù)構建量子保密通信電力專(zhuān)網(wǎng)可行性高，相關(guān)應用部署速度快。國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合下發(fā)的《能源技術(shù)革命創(chuàng )新行動(dòng)計劃（2016～2030年）》，將量子保密通信技術(shù)在電力系統的應用作為信息通信戰略發(fā)展重點(diǎn)，要求形成適合我國電網(wǎng)量子安全通信要求的低成本、量子級安全可靠的通信技術(shù)解決方案。
國盾量子電網(wǎng)領(lǐng)域量子保密解決方案
| 應用類(lèi)型 | 實(shí)施單位 |
| 異地容災備份數據加密傳輸 | 國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司、國家電網(wǎng)北京災備數據中心、國網(wǎng)山東省電力公司、國網(wǎng)安徽省電力有限公司、國家電網(wǎng)上海災備數據中心 |
| 調度和配電自動(dòng)化電量采集 | 國網(wǎng)北京市電力公司國網(wǎng)安徽省電力有限公司、國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司 |
| 電力業(yè)務(wù)綜合應用 | 國網(wǎng)浙江省電力公司 |
| 源網(wǎng)荷控制業(yè)務(wù) | 國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司 |
| 電力移動(dòng)巡檢業(yè)務(wù) | 國網(wǎng)山東省電力公司 |
| 保電指揮 | 國網(wǎng)浙江省電力公司、國網(wǎng)山東省電力公司 |
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