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1、量子通信定义与目标
量子通信利用量子叠加态及纠缠效应，在经典通信辅助下，进行量子态信息传输或密钥分发，具有无法被窃听的信息安全性保证。量子通信的主要应用包括量子密钥分发、量子隐形传态、抗量子密码、量子安全直接通信、量子秘密共享和量子密集编码等方向。目标方面，量子通信的未来发展目标是建立一个覆盖全球的广域量子通信网络体系。具体的发展路线包括：利用光纤构建城域量子通信网络、通过中继器链接邻近两个城市的城域网络、以及利用卫星平台中转，链接遥远区域之间的量子通信网络。
2、量子通信重点发展方向及现状
量子通信产业发展的重点方向主要包括：量子密钥分发、抗量子密码、量子隐形传态。基于量子密钥分发（QKD）的量子保密通信是目前已经初步实用化的应用方向，应用和产业探索正逐步展开；抗量子密码（PQC）产业化正在加速；量子隐形传态（QT）研究局限在各种平台和环境条件下的实验探索，距离实用化仍有距离。
（1）量子密钥分发（QKD）
量子密钥分发（QKD）应用了量子力学的基本特性，通过特定协议在通信双方之间共享密钥，确保任何企图窃取传送中的密钥都会被合法用户所发现。窃听者如果要窃听量子密码，必须进行相应的测量，而根据不确定性原理和量子不可克隆性，一旦测量必定会对量子系统造成影响，从而改变量子系统的状态。
量子通信领域的量子密钥分发技术初步实用化，多种协议类型的量子密钥分发系统在国内外已经实现商用，但商用量子密钥分发系统的性能仍有明显瓶颈，例如，单跨段现网光纤传输距离通常在数十km 范围，密钥成码率通常为数kbps 至数十kbps 量级。进一步提升量子密钥分发系统的传输距离和密钥成码率，对于远距离传输、组网和高带宽加密业务应用等具有重要意义，也是提升量子密钥分发技术实用化水平，破解应用推广与产业发展困境的必由之路。
量子信息网络目前主要处于基础研究与实验探索阶段，关键技术与使能组件仍有技术瓶颈尚未突破，实用化前景尚不明确，但其实现量子计算机互联组网，指数级提升量子信息处理能力的应用潜力较大。已成为欧美国家布局的重点发展方向之一。近年来，欧美研究机构和行业组织等，通过合作项目、组网实验和平台建设等多种方式，加快推动技术试验与测试验证。
1）陆地部分：QKD 基础设施网络建设
美国：纽约大学量子信息物理学中心（CQIP）和量子安全网络技术公司Qunnect 合作，使用Qunnect的量子安全网络技术，通过纽约市的标准电信光纤发送量子信息，成功测试了布鲁克林海军造船厂和纽约大学曼哈顿校区之间10 英里（16 公里）量子网络链路。在10 英里的光纤中，Qunnect 和CQIP 实现了以每秒15000 对的速度传输高度纠缠的量子比特通过光缆，测试过程中链路正常运行时间达到99%。此次实验打开了纽约都市区的金融服务、关键基础设施和电信公司试点量子网络技术的大门。
中国：由国科量子建设和运营的长三角区域量子保密通信骨干网建设成果于2023 年6 月在第五届长三角一体化发展高层论坛上正式发布。长三角量子网络线路总里程约2860 公里，形成了以合肥、上海为核心节点，链接南京、杭州、无锡、金华、芜湖等城市的环网，通过量子业务运营支撑系统及量子卫星调度系统，为星地一体量子保密通信网络提供全方位保障。
2）太空部分：卫星通信建设
美国：QuSecure 推出首个具有量子弹性的实时端到端卫星加密通信链路，这一里程碑标志着美国卫星数据传输首次采用PQC 来抵御经典和量子解密攻击，以保护卫星数据通信的安全性。QuSecure 的量子弹性加密通信链路可以使任何联邦政府和商业组织都能够通过太空进行实时、安全、经典和量子安全的通信和数据传输。在星链网络上的安全卫星通信测试中，QuSecure 成功地将量子弹性数据从Quark 服务器通过科罗拉多州Rearden Logic 的实验室发送到星链终端。然后通过上行链路将信号发送到Starlink 卫星，再通过下行链路传回地球。所有这些通信均受到QuSecure 的量子安全层（QuantumSecure Layer,QSL）的保护，通过PQC 网络安全保护传输中的所有数据。
美国纳米卫星服务提供商Sky and Space（SAS）宣布与CyberProtonics 建立合作伙伴关系。CyberProtonics 将为SAS 公司的纳米卫星和地面终端机群嵌入PQC 技术，为2024 年初的发射做准备。这一合作将确保卫星通信的安全性，为未来的卫星网络提供了更强的数据保护。
中国：中国科学院科学家、第十四届全国政协委员潘建伟在接受媒体采访时表示：“我们正在与国家航天科学中心合作研制一颗中高地球轨道卫星。未来，高轨卫星与近地轨道卫星相结合，将构建广域量子通信网络。将有3-5 颗专注于QKD 的小卫星，产生纠缠粒子用作量子密钥，且质量在100 公斤以下。低地球轨道卫星将提供城市之间的联系，而更高轨道的卫星将允许创建一个全球性、全天的量子通信网络。该网络将使用量子力学的元素来加密和安全传输信息。中国还一直在为该网络建设地面站，目前，已经实现了“墨子号”卫星与北京、济南、威海、丽江和漠河等城市之间的量子通信演示。
（2）抗量子密码（PQC）
抗量子密码（Post Quantum Cryptography，简称PQC），也称后量子密码，是能够抵抗量子计算对公钥密码算法攻击的新一代密码算法，旨在研究密码算法在量子环境下的安全性，并设计在经典和量子环境下均具有安全性的密码系统。PQC 技术以数学方法为基础，涉及多种密码学原理和数学结构，包括基于格的密码学、多项式环的问题、哈希函数的设计等。通过这些数学方法，PQC 技术可以实现安全的加密和签名操作，从而保护敏感信息免受“先存储，后解密”的威胁。
欧美在PQC 产业化方面加快推进。2022 年5 月，拜登政府发布行政令116，提出在2035 年前，由国家安全局（NSA）和NIST 负责及时完成美国国家信息系统的PQC 升级迁移。2023 年7 月，美国电信公司沃达丰与Sandbox AQ 合作，为智能手机测试基于量子安全的虚拟私人网络（VPN）。2023 年11月，LTIMindtree 公司在伦敦启动了量子安全虚拟专用网（VPN）链接。该量子安全VPN 由LTIMindtree、Quantum Xchange、Fortinet 合作实现，使用基于量子的密钥生成和带外密钥传输，并由PQC 算法提供安全保护，以增强加密数据的安全性和完整性。
我国在PQC 应用方面取得突破。根据人民日报报道，2024 年4 月，我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”成功装备国内首个PQC“抗量子攻击护盾”——PQC 混合加密方法。这将使“本源悟空”更好抵御其他量子计算机的攻击，确保运行数据安全。
（3）量子隐形传态（QT）
量子隐形传态（Quantum Teleportation，简称QT）基于通信双方的光子纠缠对分发（信道建立）、贝尔态测量（信息调制）和幺正变换（信息解调）实现量子态信息直接传输，其中量子态信息解调需要借助传统通信辅助才能完成。
量子隐形传态的原理：量子隐形传态方式的载体是单个粒子，如单个光子或单个电子，利用其内在的微观的行为特征，如粒子的自施方向，利用量子纠缠效应让量子通信传输的不再是传统信息，而是量子态携带的量子信息。举例来说，两个处于纠缠态的粒子A 和B，无论相隔多远，只要把其中一个粒子（A）和携带想要传输的量子比特的粒子（C）一起测量，C 的量子比特马上消失，但是相隔遥远的粒子（B）却立刻携带上了C 之前携带的量子比特。这就是在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态不需要任何载体的携带，在一个地方神秘地消失，又在另一个地方神秘地出现。
QT 研究在空、天、地等平台积极开展实验探索。2017 年，中科大基于“墨子号”量子科学实验卫星，实现星地之间QT 传输，低轨卫星与地面站采用上行链路实现量子态信息传输，最远传输距离达到1400公里，成为目前QT 自由空间传输距离的最远记录。
结合QT 等技术的量子信息网络（QIN）是未来融合发展演进的方向。QIN 已成为量子通信领域科研竞争的主赛道，欧美在量子通信领域重点布局推动QIN 技术研究、原型验证和组网试验等工作，近年来取得多项重要进展。
3、量子通信产业链
中国量子通信产业链上游为元器件及核心设备，包括信号处理芯片、光纤光缆、雪崩二极管、射频器件、量子密钥分发器、量子路由器、量子交换机、量子随机发生器等。
中游为网络传输线路及系统平台，包括光纤骨干网、卫星中继、经典网络管理子系统、备份与容灾子系统、综台网络监控子系统、星子密钥分发子系统、量子网络管理子系统等。
下游消费市场，应用于军事国防、电子政务、电子商务、能源电力、电子医疗、电信运营等领域。
4、量子通信产业市场空间
量子通信的应用市场可分为政府国防领域，以及民用端量子通信与安全领域。
政府国防领域量子通信商业模式：主要集中于国防建设、基础设施网络建设等。在国防领域，量子通信技术应用于高度机密的军事通信，确保敏感信息的安全传输，有效防范窃听和网络攻击。政府端基础设施网络建设主要包括国家量子骨干网、城域量子通信网络、城际量子通信网络建设等。
民用领域量子通信商业模式：主要是面向对信息安全要求较高的大客户，比如银行、电网、电信运营商等。金融行业通过量子通信技术实现更安全可靠的数据传输，提高对金融交易和客户信息的保护水平。
在电网领域，量子通信可应用于保障电力系统中实时数据的安全传输，预防网络攻击和数据篡改，确保电网运行的稳定性。通信运营商正在积极探索量子通信与安全技术的商业化途径，包括开发基于量子通信技术的加密通话产品、集成量子随机数发生器到云服务，以及开发量子安全通信解决方案。
近年来，我国量子通信市场稳定增长。据中商产业研究院，我国量子通信市场规模由2019 年的425 亿元增至2022 年的709 亿元，年均复合增长率为17.3%，2023 年约为805 亿元。2024 年我国量子通信市场规模有望增至892 亿元。
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