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量子通信产业全球化商用进程市场研究

供稿人:肖巧琳  供稿时间:2019-4-30   关键字:量子通信  美国  欧洲  中国  

棱镜门、勒索病毒等事件的爆发引起世界各国的广泛关注,2016年全球共发生1800起数据泄露事件,高达14亿条记录外泄,造成的经济损失高达915亿元。2017年的勒索病毒导致至少150个国家、30万名用户受到影响。各国对信息安全的高度重视,将量子通信推上发展的快车道。

 

美国

 

美国近十年以每年约2亿美元的投入,持续支持量子信息在各领域研究。

 

Ø  20186月推出《国家量子行动计划(NQI)》法案,计划在2019年至2023年的第一阶段,在原有基础上每年新增2.55亿美元投资,共计12.75亿美元,加快推动量子信息技术研发与应用。

Ø  20189月美国白宫发布《量子信息科学国家战略概述》,总结量子信息科学带来的挑战和机遇,并分析美国在该领域维持和扩大领先优势的措施。

Ø  201810月,Quantum Xchange宣布与美国有限宽带网络运营商Zayo合作,接入Zayo沿美国东海岸运行的500英里,即805公里光纤线路,建设美国首个州际商用量子密钥分发(QKD)网络。

 

除了美国政府的支持,美国各大研究院,互联网企业在10几年前也提前布局量子通信产业。

 

Ø  2003年,美国DARPA开始资助哈佛大学建立世界首个量子保密通信实验网。

Ø  2013年,美国独立研究机构Battelle公布了环美量子通信骨干网络项目,计划采用分段量子密钥分发,结合安全授信节点进行密码中继的方式为谷歌、微软、亚马逊等互联网巨头的数据中心之间的通信提供量子安全保障服务。

Ø  2013年谷歌和美国宇航局共同研发了D-Wave X2计算系统,它是世界上第一个功能正常的量子计算机。2014年谷歌与美国加州大学进行通用量子计算机研发;2017年谷歌与创业公司Rigetti Computing合作推出开源量子计算软件平台。

 

特别是互联网巨头,积极参与量子通信革命,如IBM推出全球首个商用量子计算平台IBMQ;英特尔研制出硅量子计算机,向QuTech交付了首个49量子位量子计算测试芯片;微软推出“Q#”新的程序语言,以便编程人员为量子计算机编写软件等。从技术路线来看,谷歌和IBM致力于超导体系,英特尔同时涉猎硅半导体和超导体系,微软布局全新的拓扑路线。

 

欧洲及其他发达国家

 

2016年,欧盟推出“量子宣言”旗舰计划公布泛欧量子安全互联网规划,在未来十年投资10亿欧元,支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广,并在201811月正式启动首批20个研究项目。2017年欧盟发布《量子通信十年发展规划》,规划提出,要在三年内完成量子随机数生成器(QRNG)和量子密钥分发(QKD)设备及系统的研发及认证,量子中继器的系统和协议的发展等;在六年内为城际与市内网络打造的具有成本效益和可拓展性的设备和系统,以及连接设备和系统的量子网络的可扩展性解决方案;十年内开发自主城域、长距离(>1000km)基于量子纠缠的网络,即“量子互联网”。

 

2014年,英国设立“国家量子技术计划”,投资2.7亿英镑建立量子通信、计算、成像、传感四大研发中心,开展学术与应用研究。2015年,英国启动连接剑桥、南安普顿和布里斯托的量子保密通信测试网络建设。英国、奥地利等国家在离子阱量子计算领域均有布局。澳大利亚集中研究半导体量子计算技术路线。荷兰代尔夫特理工大学和应用科学研究组联合成立的QUTech研究所在超导、半导体硅量子点和拓扑路线布局。荷兰等欧洲各国由于国土面积较小,城市间距离较近,选择采用量子隐形传态技术实现量子保密信息,或者采用量子随机数发生器(QRNG)生成真随机数进行加密等技术路线。

 

亚洲的日本和韩国也积极布局量子通信产业。2010年,日本与欧洲联合建立东京量子保密通信试验床网络,多家科研机构持续开展现网实验。2013年,日本文部科学省成立量子信息和通信研究促进会以及量子科学技术研究开发机构,计划未来十年内投资400亿日元,支持量子通信和量子信息领域的研发。2015年,韩国SKT宣布计划建设总长约256公里的量子保密通信网络。

 

从量子通信产业的发展模式来看,互联网巨头在全球主要国家联动优势资源展开广泛合作。微软与丹麦玻尔研究所、荷兰QuTech研究所等合作研究拓扑量子计算;英特尔与美国国家标准技术研究院、荷兰QuTech研究所、德国马普量子光学中心等研究机构联合推进硅半导体量子计算。IBM对汽车、材料、金融、电子等不同应用领域的全球合作伙伴开放量子计算云平台,推动产业应用,量子计算初具商业性。

 

中国

 

量子通信在美国、欧洲及其他发达国家,已实现商用,在中国,量子通信作为国家信息安全的重要保障,已建成多个量子通信干线及城域环网。20173月,全球首条量子通信商用干线——沪杭干线正式全线接通,实现杭州、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。干线总长260公里,总投资1.7亿元,途经上海秀浦路、漕河泾、大港、嘉兴东、桐乡、杭州6个中继站。20179月,全球首条量子保密通信干线——京沪干线正式开通。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。20181月,我国与奥地利科学院塞林格研究组共同合作,利用“墨子号”量子科学实验卫星,在中国与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。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。我国计划到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发, 届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右,中国将建成全球化的广域量子通信网络。量子科学试验卫星的发射将率先实现星地一体广域量子通信技术以及全球化量子网络。

 

Ø  20157月,阿里云联合中国中科院成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”,该实验室测算出,利用经典THz计算机分解300位的大数需15万年,而量子计算机利用Shor算法只需1秒。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。根据规划,到2030年,研制具有50100个量子比特的通用量子计算原型机,自主研发物理层设计、制造及算法,全面实现通用量子计算功能,并应用于大数据处理等重大实际问题。

Ø  中国电信牵头的商用量子共纤传输系统,实现商用量子密钥分发(QKD)系统与商用8Tbps大容量波分复用(DWDM)系统共纤超长距传输,实现了100公里以上单跨传输。

Ø  20183月,百度宣布成立量子计算研究所,开展量子计算软件和信息技术应用业务研究,计划五年内组建世界一流的量子计算研究所,并在之后五年将量子计算逐渐融入百度的业务。

Ø  中兴通讯近年在量子通信领域取得三大突破,分别是:采用标准化的量子密钥服务接口,实现开放型的量子通信架构。其次是,推出基于OTN光传送网设备实现量子加密传送方案,实现了在不占用新的光纤资源基础上提供量子加密功能。第三,在无需改造现网业务系统的条件下获得量子加密通信技术带来的安全增值,有利于量子加密光传送网设备的商用部署。

Ø  中国银行、工商银行、交通银行、北京农商银行、浙江网商银行、徽商银行等均已实现量子通信的应用。基于科大国盾量子的产品平台,中国工商银行成功地将量子通信技术应用到其“两地三中心”架构下的京沪异地广域网,实现网上银行京沪异地数据的量子加密传输。这是全球银行业首次应用千公里级量子通信技术,也是我国量子通信进入商用化的一个重要里程碑。

 

参考资料

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[5] 肖骏.量子纠缠的超空间转移理论方案的探讨[J].科技与创新,2018,3

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