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量子通信:屹立全球产业潮头

来源:中国电子报  作者:徐恒 李佳师  投稿时间:2017-09-27

  “用量子技术保护每一个比特。”这句话简洁明了地展示了量子通信技术被赋予的职责。量子通信作为从物理机制上实现无条件安全的信息传输的新型通信方式,已成为全球信息通信行业关注焦点。从2005年实现13公里自由空间量子密钥和纠缠分发,到去年8月全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功升空,再到去年12月全球最长的量子保密通信“京沪干线”全线贯通,十余年间,从无到有、从弱到强,我国量子通信技术已跻身全球领先地位,吸引了国际社会的广泛关注。英国《自然》杂志在专门报道我国量子通信研究成果的新闻特稿中指出:“在量子通信领域,中国用了不到十年的时间,由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅,将领先于欧美。”
 

  与此同时,产业化也不断取得突破。目前,在国家的大力支持下,我国已经培育出致力于构建星地广域量子保密通信骨干网络、搭建量子安全服务能力使能和开放平台,推动量子技术在军民融合、政务、金融、能源及5G等新兴ICT领域规模化应用的国科量子通信网络有限公司,以及中国最大的量子通信设备制造商和量子信息系统服务提供商科大国盾量子技术股份有限公司。随着行业应用的深入发展,生态系统不断完善、枝繁叶茂,正引领着全球产业发展。
 

  升至国家战略层面
 

  技术研发独占鳌头
 

  “以量子密钥分发为核心的量子通信,能够提高用户现有网络传输链路安全等级,是广泛认可的可持续发展的安全通信方案。” 国科量子通信网络有限公司副总裁王健全向《中国电子报》记者表示。
 

  当前,网络信息安全形势日益复杂,量子通信作为从物理机制上实现无条件安全的信息传输的新型通信方式,对于我国抢占战略制高点、保障网络与信息安全具有重要意义。目前,量子通信已上升到国家战略层面。国家“十三五”规划纲要明确要求在信息网络等领域加强前瞻布局,着力构建量子通信和泛在安全物联网,打造未来发展新优势。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》明确提出“持续推动量子密钥技术应用”。《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家科技创新规划》、《“十三五”国家信息化规划》等政策中均明确要求推进量子通信建设。
 

  令国人自豪的是,我国在量子通信技术研发方面目前扮演着全球“领跑者”的角色。“在量子通信领域,我国技术研发实力已处于全球首位,这主要得益于三个方面:一是国家大力支持,二是自主创新,三是需求牵引。”科大国盾量子技术股份有限公司总裁赵勇在接受记者采访时表示,“当初,我国从事量子通信研究时可谓是‘无人区’,国外并没有成熟案例可以参照,我国量子通信技术经过学术界十余年努力,已在核心技术方面取得了举世瞩目的成就,同时在‘技术+产业’双轮驱动下,产业化水平也在不断提升。”
 

  在中国科学院、国家发改委、科技部、国家自然科学基金委等部门的支持下,我国在量子通信领域已经形成了很强的理论和实验技术储备。尤其是“墨子号”量子卫星已经于今年8月提前完成了预先设定的三大科学目标(千公里级量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态),相关科研成果相继发表于国际权威学术期刊《科学》和《自然》上。特别是2017年6月16日,《科学》杂志以封面论文形式发表了量子科学实验卫星“墨子号”在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发的相关工作成果。《科学》杂志几位审稿人称赞该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”,并断言“定将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。英国《新科学人》等杂志认为这是一个重要的里程碑,标志量子互联网成功迈出第一步。
 

  网络建设驶入“快车道”
 

  组网水平全球领先
 

  信息网络是国家战略性公共基础设施,云计算、大数据、物联网、三网融合等新型业务模式的快速发展和下一代信息网络技术的演进,对信息传输的质量与安全要求越来越高。在以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限的背景下,基于量子力学原理的量子通信技术能够即时发现窃听,实现高安全的加密通信服务,成为主要发达国家在信息领域的战略发展重点。
 

  “当前,全球正在加快部署远距离量子通信网络,而我国在量子保密通信网络建设方面处于全球领先地位。”王健全向记者表示。
 

  据介绍,“量子保密通信‘京沪干线’技术验证及应用示范项目”开工建设。干线全长2000余公里,连接北京、上海,贯穿济南、合肥等地,在2016年12月底贯通之后,与2016年8月16日发射升空的“墨子号”量子科学实验卫星成功对接,标志着全球首个星地一体广域量子保密通信网络雏形初步建立,成功保持了我国量子通信技术实用化的国际领先地位。
 

  记者了解到,“京沪干线”已于2017年8月30日通过总技术验收。“京沪干线”的建成,表明我国在世界上首次实现了基于可信中继方案的远距离量子安全密钥分发,验证了基于异或中继方案的多节点量子密钥安全中继技术、远距离量子保密通信产品的可靠性、大规模量子保密通信网络的管理能力,检验并提升了量子保密通信设备的成熟度与稳定性,推动了量子密钥中继设备、光量子交换机、波分复用等各种信道产品的开发和制造。与国外其他厂商相比,产品更加丰富,在组建多节点的城域网和大型干线网络方面具有明显优势。
 

  自我国量子保密通信“京沪干线”实施以来,主要发达国家和地区在量子通信领域加快战略部署,特别是美国部署了为谷歌、微软、亚马逊等互联网巨头数据中心之间的通信提供量子安全保障服务的环美万公里量子保密通信骨干网络,欧盟部署了由量子技术旗舰计划支持,并计划在2030年前建成的泛欧量子安全互联网,韩国部署了由科学信息通讯和未来规划部(MSIP)资助、SK电信牵头并计划在2020年建成的韩国国家量子保密通信网络。
 

  行业应用多点开花
 

  “量子+”做大产业生态
 

  当一个新技术出现时,产业化无疑是壮大其生命力的必经之路,我国量子通信从未停止产业化步伐,不仅在量子通信核心技术及关键器件生产、网络部署方面取得了一系列举世瞩目的成就,在应用方面也在与时俱进。
 

  事实上,量子通信的研究很早存在,之所以在这几年引起广泛关注是因为量子卫星发射、京沪干线的开通以及量子通信许多示范应用出来,扫清了量子大规模应用的障碍,让大家看到了广阔的产业应用的前景和更多的可能性。
 

  在看到更多应用场景的可能性的同时,这两年关于量子通信也有不少的质疑声,质疑声甚至来自许多通信领域的知名专家。赵勇表示,每一个新生事物诞生,每一个新生产业出现的时候,一定会伴随着各种质疑的,面对质疑声,首先是欢迎质疑,其次面对质疑最好的回应方式是拿出应用来,让大家看到真真实实的应用效果,而且质疑能够引起大家更多的探索,让设备和应用变得更完善。
 

  “我们要打开应用的闸门,要将量子通信与更多的ICT系统和应用结合,实现业务创新和产品创新,让量子通信能够拓展并服务于更多的行业和领域。”王健全向《中国电子报》记者表示。
 

  据介绍,目前,依托于“京沪干线”及沿线城域网,我国已经具备了为多行业、多领域提供量子保密应用服务的能力。量子通信在金融领域、云数据中心、电力及以及公检法等行业领域成功开展了不同类型的示范应用。
 

  在金融领域,已经进入包括中国工商银行、中国银行、交通银行、中国民生银行、浦发银行等金融机构,中国银监会已将量子通信写入银行业“十三五”发展规划,中国人民银行启动了人民币跨境收付信息管理系统(RCPMIS)的量子通信技术应用示范,并计划在条件成熟时,面向全系统推广。在云数据中心领域,2014年9月起,阿里云对量子设备与公共云平台的技术融合进行测试和验证,并于2015年10月联合发布了云量子通信产品。目前,阿里云正逐步将政务、金融、电子商务等各种类型的云态迁移到量子安全域,深化量子通信应用。在电力领域,通过与国家电网合作,实现了电力领域重要业务数据信息利用量子保密通信技术在京沪两地灾备中心之间的加密传输,并开展了基于量子保密通信技术的内部办公和对外业务的安全防护。在政法领域,济南党政机关量子通信专网已经开始运营,服务于济南市的党、政、公安、司法机关,并将向全省推广;最高人民法院与安徽省高院之间正在开展量子视频试点业务,并希望在条件成熟时,向全系统推广。在其他领域,如武警、检察院以及医疗大数据等,应用示范正在逐步推进。
 

  “未来更大的应用将在大众消费领域,而要推动量子通信在大众领域的应用,需要降低量子通信、量子加密、量子安全等应用的技术门槛,让其更便捷化、更大众化,在这方面可以借鉴互联网公司和云计算公司的思路和做法,构建使能平台,开放平台,将量子通信能够提供的能力封装好,通过API、SDK的方式输出,供合作者、开发者调用、集成或者二次开发,让更多的有量子通信安全需求的用户参与进来,构建一个庞大的‘量子+’应用生态圈,做大做强量子通信产业。”王健全表示。

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