1、量子通信概述
量子通信是利用物理實體粒子（如光子、原子、分子、離子）的某個物理量的量子態(tài)作為信息編碼的載體，通過量子信道將該量子態(tài)進行傳輸?shù)竭_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)來編碼信息并傳輸，其通信過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(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國量子通信行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與未來前景研究報告（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(shè)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)傳輸線路及系統(tǒng)平臺，包括光纖骨干網(wǎng)、衛(wèi)星中繼、經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)、備份與容災(zāi)子系統(tǒng)、綜臺網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控子系統(tǒng)、星子密鑰分發(fā)子系統(tǒng)、量子網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)等；下游消費市場，應(yīng)用于軍事國防、電子政務(wù)、電子商務(wù)、能源電力、電子醫(yī)療、電信運營等領(lǐng)域。
量子通信行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈圖解
資料來源：觀研天下整理
2、量子密鑰分發(fā)為“無條件安全”通信方式
按照不同技術(shù)分類，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(shù)發(fā)生器（QRNG）；（3）量子隱形形態(tài)（QT）。其中，已應(yīng)用的量子保密通信技術(shù)，仍依賴于經(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?qū)嵱没?；子密集編碼技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段，實驗條件尚不成熟。
具體分析量子密鑰分發(fā)，為“無條件安全”通信方式。量子密鑰分發(fā)利用量子物理原理實現(xiàn)遠(yuǎn)程密鑰交換或協(xié)商并保障密鑰交換的安全性，是最先實用化的量子信息技術(shù)，可以提升加密通信體系的長期安全性，在國際上得到了廣泛的認(rèn)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，全球越來越多國家對量子密鑰分發(fā)進行研究。例如，2022年4月，清華大學(xué)龍桂魯團隊首次實現(xiàn)通信距離達到100公里的量子直接通信新系統(tǒng)，這是目前世界上最長的量子直接通信距離，有助于實現(xiàn)無中繼條件下城際量子直接通信。
全球量子密鑰分發(fā)主要進展
| 時間 | 國家/地區(qū) | 研究主體 | 主要進展 |
| 2021.06 | 日本 | 東芝公司 | 首次演示了超過600公里的遠(yuǎn)程光纖量子密鑰分發(fā)(QKD) |
| 2021.06 | 日本 | 東芝公司東北大學(xué) | 演示了整個人類基因組在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公里光纖鏈路上實現(xiàn)雙場量子密鑰分發(fā)(TF-QKD)，并在無可信中繼的情況下，連接濟南和青島兩城。成為全球首個無可信中繼的長距離光纖QKD網(wǎng)絡(luò) |
| 2022.01 | 中國 | 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) | 郭光燦團隊實現(xiàn)833公里無中繼尤纖量子密鑰分發(fā)，刷新世界紀(jì)錄 |
| 2021.06 | 意大利 | 帕多瓦大學(xué) | 展示了一套自動化、且馬于操作的量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng) |
| 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(shù)據(jù)傳輸進行了成功測試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 | 推出專為學(xué)術(shù)界、研究所和創(chuàng)新實驗室設(shè)計的第四代QKD平臺——Cerberis XGR |
| 2021.10 | 英國 | 東芝歐洲公司 | 開發(fā)了全球首個基于芯片的量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng) |
資料來源：觀研天下整理
3、全球量子通信市場規(guī)模穩(wěn)定擴大，我國已經(jīng)達到百億級別
隨著國防、政務(wù)等下游需求不斷釋放，全球量子通信市場規(guī)模穩(wěn)定擴大，預(yù)計2030年將達到196.8億美元。而我國量子通信行業(yè)市場規(guī)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14.72%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
4、下游應(yīng)用多點開花，我國量子通信行業(yè)發(fā)展前景可觀
同時，在應(yīng)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，隨著軟硬件技術(shù)不斷成熟，量子通信下游商業(yè)化應(yīng)用值得期待。目前，我國量子保密通信技術(shù)實際應(yīng)用已經(jīng)走在國際前列，基本全面實現(xiàn)核心設(shè)備全鏈生產(chǎn)。
例如，在政務(wù)領(lǐng)域，我國大陸共有23個省、5個自治區(qū)、4個直轄市、294個地級市、363個縣級市，各自的政務(wù)網(wǎng)平均覆蓋本地約30～50個數(shù)量左右的政府部門，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(rèn)證系統(tǒng)量子通信應(yīng)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，首次實現(xiàn)了國家、省、市、區(qū)、街道五級電子政務(wù)外網(wǎng)節(jié)點與量子通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點跨網(wǎng)對接，以及量子通信技術(shù)在電子政務(wù)外網(wǎng)認(rèn)證體系中的應(yīng)用，具有重要的示范推廣價值。
再者例如電網(wǎng)領(lǐng)域，融合量子保密通信技術(shù)構(gòu)建量子保密通信電力專網(wǎng)可行性高，相關(guān)應(yīng)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)新行動計劃（2016～2030年）》，將量子保密通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用作為信息通信戰(zhàn)略發(fā)展重點，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(yīng)用類型 | 實施單位 |
| 異地容災(zāi)備份數(shù)據(jù)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(zāi)備數(shù)據(jù)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(zāi)備數(shù)據(jù)中心 |
| 調(diào)度和配電自動化電量采集 | 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(yīng)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 |
資料來源：觀研天下整理（WYD）
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