量子保密通信产业链上游关键器件已基本实现自主可控，中下游领域力量也在不断积聚，未来量子通信将实现区域扩展、产品扩展、应用扩展
□ 孙克广
随着中国科学技术大学发布76个光子的量子计算原型机“九章”，我国已成为全球第二个实现“量子优越性”的国家，从技术层面展示了我国量子科技发展的领先性，也体现了发展“量子安全”的紧迫性。近日，中国信息协会牵头举办“2020量子安全应用开发论坛”，并发布国内首部以“量子安全”为主题的白皮书。
济南量子技术研究院院长、清华大学教授王向斌表示，量子安全意味着信息安全即使面对量子计算的挑战也能得到保证。目前以量子通信、计算以及精密测量为代表的量子科技，可以在信息安全、运算效率、测量精度等方面突破经典技术的瓶颈，是事关国家安全和社会经济高质量发展的战略性领域，对于未来国家科技竞争、新兴产业培育、国防和经济建设等领域有重要战略意义。
中国信息协会最新发布的《2020量子安全白皮书》（以下简称《白皮书》）显示，量子信息技术和密码学正在承担合力推动信息安全进入新时代的历史重任。经过多年的技术积累和项目实践，国内外已经形成了以量子保密通信技术为核心的较为完整的量子保密通信产业链。下一步发展需要进一步凝聚共识、协同创新，也需要科研进一步服务产业，推进技术应用。
量子安全重要性日益凸显
各类应用场景都具有量子安全技术的应用需求，实践量子安全保障已具现实意义
习近平总书记在中央政治局第二十四次集体学习时指出，加快发展量子科技，对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。在国家的战略支持和科研人员的努力下，12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟、陆朝阳等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。
量子计算与量子通信存在着“矛”与“盾”的奇妙联系。以量子计算为代表的计算能力正在飞跃发展，对基于大数分解、离散对数等数学难题的公钥密码体系带来前所未有的挑战。能够抵抗量子计算挑战重任的密码技术重要性日益凸显。
与此同时，信息通信技术的快速发展，使得国家、机构、个人的信息安全需求与日俱增。在信息通信技术的主要应用场景中，如各类终端设备、连通各设备的网络连接、云计算等运营模式的数据中心、以区块链为代表的各类新兴密码应用，都存在被量子计算攻击的广泛可能性。因此，各类应用场景都具有量子安全技术的应用需求。
《白皮书》指出，虽然距离第一台能破解典型公钥密码的量子计算机出现可能还需10年甚至20年时间，但国家、机构甚至个人的核心数据保密年限需求也会达到数十年之久，其将面临诸如现在被截获和存储、将来被破译等安全风险。因此，实践量子安全保障已具现实意义。
量子安全技术是多学科、多行业共同努力的方向。目前，国内外实现量子安全主要有两大路线，包括“量子密码技术”与“抗量子计算密码技术”（PQC），其中“量子密码技术”又包括量子密钥分发（QKD）和量子随机数等。当前，QKD技术日臻成熟、商业产品已经投入实践；PQC也正在广泛征集、快速发展。
“量子+”产业生态加速建立
我国密码算法设计竞赛和标准化工作已经展开，一批致力于PQC应用的创新创业团队也正在积极作为
经过多年的技术积累和项目实践，国内外已经形成了以量子密码技术为核心的较为完整的量子保密通信产业链。其中，我国在QKD方面积累深厚、自主可控，已走在世界前列，我国量子通信产业链已初步形成完整链条，上下游生态也在逐渐健全。
《白皮书》显示，国内外已经形成了以QKD技术为核心的较为完整的量子保密通信产业链，目前国内从事量子通信系统硬件的代表性企业包括已经在科创板上市的国盾量子（688027）、安徽问天量子、上海循态科技等。
国内量子保密通信产业链的上游关键器件已基本实现自主可控。例如，单光子探测器件的核心近红外单光子雪崩二极管等，目前已经有一些单位如中国电子科技集团重庆声光电有限公司、光迅科技（002281）等能够量产；光学调制器件的研发生产、芯片化集成基本上也处于国际先进水平；还存在一定差距的主要是极高性能集成电路。
量子保密通信中下游领域的力量同样在不断积聚。除了刚刚和国盾量子携手启动“量子铸盾行动”的中国电信外，中国联通、中国移动和中国广电在量子保密通信领域都有涉足，新兴的量子网络公司如中科院的国科量子。
目前国内外在研究和实践量子通信应用模式，例如在云和大数据服务、政务信息保护、金融业务加密、电力安全保障等方面都已率先试水并推出相关产品。
值得注意的是，近年来IBM、微软、谷歌、华为等企业都投入了力量在后量子密码的研究上并形成相应成果。我国密码算法设计竞赛和标准化工作已经展开，除了大学和研究机构加大投入外，一批致力于PQC应用的创新创业团队也正在积极作为。目前国内外包括国盾量子、中国科学技术大学等在内的团队也开始了一些“PQC+QKD”的“混合型”量子安全密码具体解决方案的探讨。
业内呼吁融合创新
率先掌握能够形成先发优势、引领未来发展的颠覆性技术，是我国量子科技领域的重要使命
中国信息协会量子信息分会会长赵勇表示，当前，量子计算的蓬勃发展在为人类打开计算新时代的同时，对现有的信息安全也提出了前所未有的挑战，量子安全技术是多学科、多行业共同努力的方向，协同创新是产业链和生态发展的核心关键。
在量子通信领域，我国在国际上率先实现了广域量子保密通信技术路线图，在国际标准化方面也取得了一定的、重要的话语权。同时，我国建成了国际上首条远距离光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”，保持着真实光纤环境下量子密钥分发安全成码距离的世界纪录，研制并发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”……在量子通信安全上，我国已经产出了一批具有重要国际影响力的突出成果。
当前我国实用化的量子通信网络覆盖北京、上海、武汉、合肥、济南等多个城市和地区。根据中共中央、国务院印发《长三角区域一体化发展规划纲要》，将共建长三角一体化量子通信干线网络、培育和发展量子通信战略性新兴产业，在长三角地区率先构筑可持续发展的量子通信产业生态系统。在“2020量子安全应用开发论坛”上，中国网安、易科腾、江苏超流、云玺科技、神州数码、闪捷信息等企业探讨和发布了一系列量子安全解决方案，探讨量子通信技术如何同物联网、区块链、云储存等融合。
这是一场从科研到产业全方位比拼的“争霸战”。目前，国内外都在研究和实践量子通信应用模式，在各方面率先试水并推出相关产品。继2020年初白宫发布《美国量子网络战略愿景》后，7月，美国能源部发布了一份报告，提出发展国家量子互联网的蓝图战略。报告称，处于发展初期的量子互联网，将对科学、工业和国家安全等至关重要的领域产生深远影响。德国政府此前宣布将投入6.5亿欧元，推动量子技术从最初的研究走向市场应用。
“未来我国量子通信将实现三大扩展：一是区域的扩展，从京津冀、长三角、海南等区域城际量子网扩展到全国、全球；二是产品的扩展，未来将出现光电集成度更高、功能更丰富的加密芯片和设备；三是应用的扩展，随着量子通信带宽的增加以及网络覆盖的加深，基于图片、视频、VR等传输形式的应用将出现。”中国信息协会副会长朱玉表示，率先掌握能够形成先发优势、引领未来发展的颠覆性技术，率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系，推动我国的信息技术和产业核心竞争力实现跨越式提升，是我国量子科技领域的重要使命。
