

系列报告 | 量子通信应用需求场景探索

量子创投界

2021-12-01

导读：系列报告 | 量子通信应用需求场景探索

1. 政务专网

政务专用网络不同于政务内网与政务外网，该网络是一个用于实现不同机构的党政机关传递政务信息的网络基础设施平台，根据国家相关规定，政务专网建设必须满足信息加密、操作系统安全、数据库安全以及安全保密管理等16项技术要求。网络一般运用OKD链路加密技术，该技术很好的与IPSec或TLS的安全虚拟专用网络（VPN）技术进行深度融合，从而实现网络通信传输过程的鉴权和加密功能。

2009年5月，中国科学技术大学郭光灿团队在安徽芜湖建成了一个7节点的国内首个“量子政务网”。该网络中有4个节点由基于波分复用的被动式路由器连接，构成无中继干网，其链路长度可达10km，量子密钥成码率约0.49kb/s。标志着量子密码通信已经进入了工程阶段。

2. 金融信息

随着金融领域信息化建设的推进，信息化条件下的金融信息系统所面临的安全保密形势越来越严峻，量子通信技术作为一种新型的保密通信技术，其在信息安全方面优势明显，金融信息系统领域应用前景广阔。量子通信技术能够为金融信息系统提供良好的安全保密通信手段，可以实现量子密钥的高效准确分发，有效检测出窃听方对信息的窃取、篡改、伪造。在未来研究中，积极探索量子通信技术在金融信息领域的工程化应用，将有效提高金融信息系统网络的信息安全防护水平和抗干扰能力。

在中国，包括中国人民银行、银监会在内的部分政府金融监管部门和以工农中建等为首的多家商业银行、证券等金融机构都积极推进和参与到量子保密通信在国内金融行业内的应用和实用化发展之中。具体包括：以中国人民银行为中心，工、农、中、建、光大的商业银行参与建设的人民币跨境收付信息管理系统报送；以银监会为中心的银行和监管机构之间的信息采集报送；和以工商银行、中国银行、交通银行为代表的多家金融机构内部在京沪的同城以及异地之间的业务传输。

3. 国防军事

量子通信在国防和军事应用方面有着无与伦比的广阔前景。一是量子通信能够应用于通信密钥生成与分发系统，向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子密钥，构成作战区域内机动的安全军事通信网络；二是由于光量子密码具有“不可破”和“窃听可知性”，且光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合，因此可以用来改进目前军用光网信息传输保密性，从而提高信息保护和信息对抗能力；三是世界各国海军现有的长波通信系统，不仅系统庞大、造价高、抗毁性差，而且仅能实现海水下百米左右的通信，由于量子通信光量子隐形传态与传播媒质无关，这就为远洋深海安全通信开辟了一条崭新的途径；四是军事信息网络需要大容量、高速率传输处理及按需共享能力，可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。美国国防部已将量子通信推向实用化, 并被视为最安全的通信方式。

4. 通信网络

量子保密通信网络核心设备包括QKD产品、信道与密钥组网交换产品等。目前能够实现的量子保密通信网络，包括局域网、城域网和骨干网。其中局域网实现一个单位或一处地点内多个终端的接入，对距离要求不高；城域网负责城市范围内不同区域的连接，上联骨干网，下联局域网；而骨干网实现跨省、跨城的连接（包括地面光纤和卫星-地面站两种实现方式），现阶段以地面光纤为主，对距离要求高。目前，我国已经建成的量子通信网络规模在全球处于领先水平。

01 国家骨干网

国家骨干网的建设能够切实推动量子通信网络建设的发展，目前，我国已经建成的国家骨干网包括量子保密通信“京沪干线”（2017年建成，北京-济南-合肥-上海）、“武合干线”（2018年建成，合肥-武汉），量子保密通信骨干网（汉广段、沪合段）正在建设中。目前正在建设的国家广域量子骨干网一期项目是“星地一体、多横多纵”国家广域量子保密通信网络（总长约3.5万公里）的第一个建设项目，预计总投资7.78亿元，项目内容包括：京汉、沪合、汉广量子保密通信骨干网（总长约3,800公里）、5个卫星地面站、量子保密通信城域接入网、IP承载网、运营服务支撑系统以及其他相关配套设施等。

02 省骨干网

在省骨干网的建设上，我国已经建成了“合巢芜”城际量子通信网（2012年建成，合肥-芜湖）、江苏省宁苏量子干线（2017建成，南京-镇江-常州-无锡-苏州）、阿里巴巴OTN量子安全加密通信系统、京雄量子加密通信干线（2019年建成）等多个网络，量子保密通讯齐鲁干线也在2019年9月签约。

03 城域网

城域网受制于经典通信的限制，量子通信的实验一开始只是在单个城市，其工作半径在50km以内，出于试建的目的，量子通信可能最先在城域内进行组网建设。目前，在我国各大城市中，合肥、济南、武汉、北京、上海、贵阳、宿州、枣庄、乌鲁木齐、金华等多个城域网已建设完成，西安城域网在建设之中，广州、成都、南京、海口的城域网正在规划建设之中，主要以骨干网沿线为主。

04 对空、对天应用

对空、对天通信具有高成本、效率低等特点。引入量子通信以后，可以利用其无通信介质限制、高效的特点进行信息互通，从而解决现在所面临的难题。在卫星地面站上，目前我国已经建成新疆、上海地面站，北京、广州、成都、海南卫星地面站已规划建设。

同时2019年12月30日，我国研制的全球首个可移动量子卫星地面站与“墨子号”卫星对接成功。2020年10月，海南省“‘星地一体’环岛量子保密通信网络”项目签约。量子保密通信网络将为海南自贸港政务、金融、交通、能源等领域提供高等级的安全服务。该项目还将在海南文昌建设实用化量子卫星地面站，实现与“墨子号”的对接，从而将环岛量子保密通信网络接入到国家骨干网，实现海南和北京、上海、广州等重要城市的跨域数据安全流通。2021年1月，中国科学家利用量子保密通信“京沪干线”和“墨子号”量子科学实验卫星，成功组建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发链路和两条卫星对地自由空间高速量子密钥分发链路的广域量子通信网络，实现地面跨度4600公里、天地一体的大范围、多用户量子密钥分发，证明广域量子通信技术实际应用已经初步成熟，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定坚实的科学技术基础。

end

往期推荐

01 周报 | [11.22-11.28] 量子全球新闻要点总览

02 研究人员为量子计算机提出了一种更简单的设计

03 悉尼大学祝贺新南威尔士州政府启动量子终端

04 芬兰坦佩雷量子初创公司为量子时代重塑模拟技术

05 系列报告 | 量子通信产业链全景

06 量子计算可能解决全球芯片危机

精选好文