各國競相布局量子信息技術(shù)，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(gòu)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(zhǔn)）、不可復(fù)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(xué)與量子物理相結(jié)合而產(chǎn)生的新興交叉學(xué)科，量子信息技術(shù)已經(jīng)成為世界各國實施高新技術(shù)戰(zhàn)略競爭的焦點之一。量子信息技術(shù)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(shù)在信息安全、通信網(wǎng)絡(luò)、人工智能、空間探測、生物醫(yī)療等諸多領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生基礎(chǔ)共性乃至顛覆性的重大影響。

量子技術(shù)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(shù)被視為可能引發(fā)信息技術(shù)體系的顛覆性創(chuàng)新和重構(gòu)，并誕生改變游戲規(guī)則的變革性應(yīng)用，從而推動信息通信技術(shù)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(shù)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(shù)領(lǐng)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(lǐng)域的科學(xué)研究和應(yīng)用探索，近年來通過《國家量子行動（NQI）》《量子信息科學(xué)國家戰(zhàn)略概述》《美國量子網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)科學(xué)研究、原理樣機研制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗和應(yīng)用場景探索設(shè)臵分階段發(fā)展目標(biāo)，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(chǔ)科研和重點發(fā)展領(lǐng)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(quán)，美國白宮國家科學(xué)技術(shù)委員會成立國家量子協(xié)調(diào)辦公室，牽頭組織國家科學(xué)基金會（NSF）、能源部（DoE）和國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局（NIST）等多部門，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、工程技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用場景探索、人才教育培訓(xùn)和產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)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(xué)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(shù)驗證實驗，支持基礎(chǔ)科研成果的工程研發(fā)轉(zhuǎn)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(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)化，提供微納加工平臺和超低溫測試床等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

我國高度重視和大力支持量子信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、科學(xué)實驗、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和示范應(yīng)用。2020 年 10 月，習(xí)近平總書記在中共中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)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(shù)領(lǐng)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(biāo)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(lǐng)域組建一批國家實驗室；瞄準(zhǔn)量子信息等前沿領(lǐng)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(lǐng)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(shù)，加強基礎(chǔ)學(xué)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(lǐng)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(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，對量子信息領(lǐng)域基礎(chǔ)科研、應(yīng)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(dǎo)與項目支持。

我國在量子通信領(lǐng)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(yīng)，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(shù)已經(jīng)初步實用化，在商用設(shè)備、實驗網(wǎng)絡(luò)和示范應(yīng)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(shè)備（QKD）等一系列量子密鑰生成和傳輸設(shè)備集合形成密鑰資源，并進一步依賴集成后的量子安全設(shè)備和量子網(wǎng)絡(luò)為政務(wù)、金融、電力、數(shù)據(jù)中心等客戶提供信息加密服務(wù)。

我國在量子通信領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量遙遙領(lǐng)先，為當(dāng)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(luò)

2004 年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(luò)

2007 年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(luò)。該網(wǎng)絡(luò)基于誘騙態(tài)方案實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)，網(wǎng)絡(luò)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(xué)技術(shù)大學(xué)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(luò)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(xué)技術(shù)大學(xué)、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(wù)網(wǎng)

2009 年 5 月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(luò)。該網(wǎng)絡(luò)中有 4 個節(jié)點由基于波分復(fù)用的被動式路由器連接，構(gòu)成無中繼干網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)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(xué)技術(shù)大學(xué)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(luò)采用全通型光交換機作為組網(wǎng)設(shè)備，利用波分復(fù)用技術(shù)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(luò)

2012 年 2 月，合肥城域量子通信網(wǎng)絡(luò)建成。該網(wǎng)絡(luò)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(luò)，通過集控站中的矩陣型光量子交換機實現(xiàn)星型網(wǎng)絡(luò)拓展，并保留了全通型光量子交換機下掛用戶的結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成混合型網(wǎng)絡(luò)拓撲。整個網(wǎng)絡(luò)使用光纖約 1700km，借助量子密鑰分發(fā)技術(shù)，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(shè)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(shù)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(lǐng)域的量子通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。

（8）濟南量子通信網(wǎng)絡(luò)

2013 年 11 月，濟南城域量子通信網(wǎng)絡(luò)建成并投入使用。該網(wǎng)絡(luò)具有 56 個節(jié)點，接入 20 多家單位的 90 余個用戶。該網(wǎng)絡(luò)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(wù)，并且在網(wǎng)絡(luò)中初步實現(xiàn)了設(shè)備管理、性能監(jiān)控、拓撲管理等網(wǎng)絡(luò)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(luò)

2017 年 9 月，“京滬干線”量子通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)。該網(wǎng)絡(luò)沿線一共設(shè)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(yīng)用。

（10）星地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)

2017 年 9 月，“京滬干線”與“墨子號”量子科學(xué)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(luò)已初具雛形。該網(wǎng)絡(luò)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(xué)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(luò)

2017 年 10 月，武漢市量子通信網(wǎng)絡(luò)一期建成并開始運營。該網(wǎng)絡(luò)是采用“經(jīng)典－量子波分復(fù)用技術(shù)”的商用網(wǎng)絡(luò)。用戶的業(yè)務(wù)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(luò)完全建成后將覆蓋 60 個用戶節(jié)點，目前主要面向政務(wù)領(lǐng)域提供服務(wù)。

（12）‘星地一體’環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡(luò)

2020 年 10 月，海南省“‘星地一體’環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡(luò)”項目簽約。量子保密通信網(wǎng)絡(luò)將為海南自貿(mào)港政務(wù)、金融、交通、能源等領(lǐng)域提供高等級的安全服務(wù)。該項目還將在海南文昌建設(shè)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(luò)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(shù)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(shù)、建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)，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(lǐng)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(yīng)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(shù)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(chǔ)研究環(huán)節(jié)、設(shè)備研發(fā)環(huán)節(jié)、建設(shè)運維環(huán)節(jié)、安全應(yīng)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(yīng)商和核心設(shè)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(zhuǎn)換器件和量子隨機器件等；芯片包括信號處理芯片、光學(xué)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(shè)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(shè)備、量子交換機、量子網(wǎng)關(guān)、量子網(wǎng)絡(luò)站控、量子隨機數(shù)發(fā)生器等，以及中游的量子設(shè)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(yīng)商主要是國盾量子、問天量子、九州量子等量子通信核心設(shè)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(shè)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(luò)的傳輸層和平臺層，傳輸層依靠現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)即可，目前國內(nèi)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)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(luò)類似，量子保密通信網(wǎng)絡(luò)除了設(shè)備商還需要運維商，唯一的不同是，量子網(wǎng)絡(luò)的運維不是壟斷行業(yè)，不僅是量子網(wǎng)絡(luò)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(shè)，提供傳輸干線服務(wù)的公司是中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有線公司，提供系統(tǒng)集成服務(wù)的公司是神州數(shù)碼系統(tǒng)集成服務(wù)有線公司（神州信息子公司）、中國通信建設(shè)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(luò)管理子系統(tǒng)、量子網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)、量子密鑰分發(fā)子系統(tǒng)、綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控子系統(tǒng)、備份與容災(zāi)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(yīng)用，包括金融、軍事、政務(wù)、商務(wù)等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)ΡＣ芡ㄐ诺男枨筝^大。