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量子通信市场现状分析

供稿人:肖巧琳  供稿时间:2018-5-31   关键字:量子通信  绝对保密性  京沪干线  

一、量子通信的概念 

量子通信是指利用量子缠绕效应进行信息传递的一种新型通信方式。与传统的通信方式相比,量子通信具有绝对保密性、速度快和抗干扰性强的特点,而且基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证,原则上实现不可被破译的完美通信。

与传统通信相比,量子通信存在以下优势:

Ø  保密性能好:基于量子信息学的绝对保密性,无破解可能,使信息传递绝对安全

Ø  时效性高:时延近乎为零、信息效率较经典通信高几十倍

Ø  抗干扰性能强:与通信双方之间的传播媒介无关,不受空间环境的影响

Ø  隐蔽性能好:没有电磁辐射,第三方无法进行无线监听或探测

Ø  信噪比需求低:同等条件下,获得可靠通信所需的信噪比比传统通信手段低3040dB

Ø  应用广泛:可在太空中通信,又可在海底通信,还可在光纤等介质中通信

基于上述优点,量子通信不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信,还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域和部门。

目前,量子通信技术在国内已经开展了应用:

Ø  2009年,我国建成世界首个光量子电话网络(合肥)和量子政务网(芜湖)。

Ø  2010年,世界首个全通型量子通信网络又在合肥诞生。

Ø  20143月,济南市建设的"济南量子通信试验网"正式投入使用。

Ø  20152月,工行成功应用量子通信技术实现了该行北京分行电子档案信息在同城间的加密传输。

Ø  20173月,全球首条量子通信商用干线——沪杭干线正式全线接通。

Ø  20179月,世界首条量子保密通信干线——京沪干线正式开通。

Ø  20182月,中科院与阿里云在超导量子计算方向发布11比特的云接入超导量子计算服务。

Ø  2021年,量子通信在政府服务领域、商业领域的应用占比将分别达到30%20%

二、世界各国量子通信商业化进程

Ø  美国:2013 年美国知名研究机构Battelle 公布了环美量子通信骨干网络项目,计划采用瑞士IDQ 公司设备,基于分段量子密钥分发结合安全可信节点密码中继的组网方式,为谷歌、微软、亚马逊等互联网巨头的数据中心提供具备量子安全性的通信保障服务。

Ø  欧洲:欧洲空间局计划到2018 年将国际空间站上的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路,首次演示绝对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。而在2008 年就提出了欧洲未来5 年和10 年量子信息的发展目标,将重点发展量子中继和卫星量子通信,实现1000 公里量级的量子密钥分配。

Ø  日本:计划在2020 年至2030 年间建成利用量子加密技术的绝对安全和高速的量子信息通信网,到2040 年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络;并计划将量子通信技术用于国家级的保密通信,以及对电网、煤气管网和自来水管网的等重要基础设施的监视和通信保障上,以及金融机构的隐匿通信等。

此外,一些世界著名的公司也对量子信息技术投入了大量研发资本,介入了量子通信的产业化开发。最主要的公司包括:美国电话电报公司(AT&T),Bell 实验室,IBMHewlett-PackardPhilipsHitachiNECNTTToshibaThalès(法国),France Telecom(法国),Pirelli(意大利)等12 个公司。

三、中国量子通信产业化进程

Ø  200911月,时任国务院总理温家宝在参加中国科学院院庆60周年成果展时,听取了潘建伟教授关于量子通信网络工作的汇报,对量子通信成功参与国庆阅兵通信保障感到非常振奋。

Ø  20115月,在中国科学院的规划下,在山东省政府的大力支持下,中国科学院量子技术与应用研究中心在济南成立。

Ø  20135月,建成的周期极化铌酸锂波导研制子平台是世界上三个逆向质子交换铌酸锂波导研发机构之一,主要为量子通信系统研制国际领先的核心关键器件,以打破国外对我国的技术封锁。

Ø  20137月,中共中央总书记习近平在中国科学院考察工作时发表重要讲话中指出的:量子通信已经开始走向实用化,这将从根本上解决通信安全问题,同时将形成新兴通信产业。

Ø  20141月,中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心成立,这是中国科学院首批启动实施的5个卓越创新中心中第一个揭牌的中心。中心主任由潘建伟院士担任,以中国科学院在量子信息与量子科技前沿领域已取得的领先优势为基础,着力于突破推动量子科技革命的前沿科学问题和战略性高技术问题。

Ø  2016年,国家十三五规划把量子通信列为培育发展战略性产业之一。

Ø  20173月,全球首条量子通信商用干线——沪杭干线正式全线接通,该干线将实现杭州和上海两地间的量子安全级别语音电话、视频电话、文件传输业务。

Ø  20179月,世界首条量子保密通信干线——京沪干线正式开通。建成后的量子通信京沪干线,实现了连接北京、上海,贯穿济南和合肥全长2000多公里的量子通信骨干网络,将推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的大规模应用。

Ø  20181月,我国与奥地利科学院塞林格研究组合作,利用“墨子号”量子科学实验卫星,在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。

此外,国内企业也积极参与量子通信产业化,产学研并进:

Ø  201510月,阿里云与中科院旗下国盾量子在2015云栖大会上联合发布量子加密通信产品,随后又与中国科技大学等单位成立中国量子通信产业联盟,成为量子通信商业化的领跑者。

Ø  201512月,由中科院牵头,联合中科大、科大国盾量子技术股份有限公司、阿里巴巴(中国)有限公司、中国铁路网络有限公司、中兴通讯股份有限公司、北方信息技术研究所等单位,在京签署战略合作框架协议,中国量子通信产业联盟正式成立。

Ø  20179月,知名量子计算科学家、密西根大学终身教授施尧耘就受邀入职阿里云量子实验室,担任阿里云首席量子技术科学家。2018年初,另一位重磅科学家马里奥塞格德也加盟阿里云量子实验室。他曾两次获得计算机最高奖哥德尔奖,还曾在贝尔实验室进行长达7年的研究。

Ø  201710月杭州云栖大会上,阿里云联合中国科学院共同宣布了“量子计算云平台”上线。量子计算云平台,是提供量子计算服务的云计算平台。

Ø  20182月,中科院与阿里云在超导量子计算方向发布11比特的云接入超导量子计算服务。这是继IBM后全球第二家向公众提供10比特以上量子计算云服务的系统。

四、量子通信产业链

量子通信产业链主要包含终端/元器件、核心设备、建设运维、网络运营与行业服务等环节。

Ø  核心技术设备制造具有较强的技术壁垒

Ø  网络运营和行业应用环节的客户、资源和经验均形成门槛,市场供给极度稀缺

就市场规模而言,量子通信设备、网络运营应用长期来看占整个产业链规模的比例有望分别达20%65%。核心设备与网络运营应用环节最具投资价值;相比之下,元器件终端、建设运维等其他环节处于产业链中非核心位置,且与传统通信方案无较大差异,投资价值相对较低。

上游:量子通信的元器件、光纤、终端等,跟传统通信没有特别大的差异。量子通信的一些核心器件,如单光子探测器,仍主要依赖于进口,目前近距离设备国产可大致代替进口,但是百公里(长距离)设备预计还需一年或者更长时间来实现进口替代。另外,还有很多器件没有实现专用化,目前量子通信中的设备器件大多是从现有网络挪过来用,缺乏大规模的专用器件生产,该领域内的公司目前也在积极布局专用器件生产。

中游:核心设备制造。主要技术就是量子制备、存储、交换,同时量子通信还需要以传统的通讯设备为基础。量子设备主要包括量子网关和量子交换机。

Ø  量子网关是当前量子通信技术的最核心设备,具有量子密钥分发与管理、数据加解密等功能。

Ø  量子交换机是量子网络中实现量子信道共享的关键设备,位于网络拓扑的汇聚节点,集中管理网络信道资源。

中游:网络建设和运维。随着更多城市、城际干线启动,将引入更多商业化运作,带动量子通信网络建设和运营需求;量子通信需要在现有的光通信网络中添加相关设备,开辟单独的通道以确保信号的稳定性,还需要进行设备调试等,通常由网络建设和系统集成商承担这些任务。

下游:网络运营及专网应用。具体面向国防、金融、政务的行业应用,将进一步拓宽专网市场容量。

五、全球量子通信市场规模与发展趋势

从短期来看,单就量子加密领域而言,国内的潜在市场规模已经超过500亿。而从长期来看,未来5-10年,我国量子通信行业市场规模将超过千亿级别,因为量子通信不仅安全性突出,并且较之传统通信更加高效,有望对传统的通信方式进行替代。

我国作为世界上量子通信技术最为发达的几个国家,在美国棱镜门事件发生的大背景下,世界各国对信息安全的重视度空前提升,量子通信很有可能作为我国外交的名片,迅速打开境外市场,拓宽我国量子通信产业的市场边界,促进行业快速的发展。

随着相关技术研究的深入以及企业对量子通信商业化的展开,量子通信产业有望成为全球市场规模过千亿美元级别的行业。 

参考资料

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