虎眼 | 新兴的量子科技,距产业落地有多远?
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量子通信,正让数据更具安全性。

虎眼 | 新兴的量子科技,距产业落地有多远?

量子通信距离产业落地更近了,近日在2020天翼智能生态博览会上,中国电信展出了两台量子通信手机样品,可借助量子秘钥对通话过程进行加密。


量子通信,正让数据更具安全性。在新兴的量子科技领域中,量子通信作为重要组成部分,将如何变革传统计算、通信和安全领域?其中国内又有哪些企业走在量子科技的前列?




量子通信有望明年推向民用市场


在推动量子通信方面发展,运营商的角色十分重要。


在日前举办的2020天翼智能生态博览会上,中国电信展出了两台量子通信手机样品。该机型便是由中国电信与科大国盾量子根据现有品牌手机改造,预计在明年年初将推向民用市场。


据了解,量子通信手机预先将量子秘钥置入安全SIM卡中,基于国产密码芯片和国密算法,可实现量子密钥的存储以及安全通话加解密服务。用户只需到营业厅将普通SIM卡更换为量子安全SIM卡并开通加密通话套餐,就可在拨打电话时选择采用量子安全通话或是普通通话。


而另一方面,在B端应用方面,中国电信与科大国盾量子成立一家合资公司,专注于量子城域网的研发和建设,为国内政企机构提供高等级安全通信服务。




利用量子通信服务能力,中国电信宣布将率先为10个城市的城市安全提供量子安全云,为100个城市提供量子安全组网方案,为10000个政企客户提供量子安全加密的解决方案,为1000万个移动终端用户提供量子安全通话服务。


目前各个运营商纷纷开展量子通信服务布局。比如京雄量子加密通信干线是中国联通与亨通联合建设,北起联通网络研究院,途径长话、良乡、高碑店、徐水至雄安联通,全长约200公里。是传统电信运营商与量子信息安全服务商在量子保密通信领域的合作探索和大胆实践。


量子通信安全项目逐渐落地的背后,是量子信息科技成果转化的加速。作为量子力学与信息科学等学科相结合而产生的新兴交叉学科,量子科技正飞速走进产业落地。


量子科技的主要领域


当前量子科技主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。华安证券研报认为,随着基础研究带来技术突破,量子科技产业即将迎来第二次发展浪潮。


量子计算


在量子计算方面,量子计算是基于量子力学的新型计算方式,理论上具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力,我国目前的参与者以科研机构和高校为主。


传统计算机存储0或者1两个状态,但量子比特可以同时存储0和1两个状态。如果有N个这样的存储器,那么传统计算机能够任意存储2^N个可能数据当中的任一个;而假如它是量子存储器,就能同时存储2^N个数据。


假如一个密码是一个整数,这个整数分布在1-16中,那么如何找到这个整数?传统计算机会依次尝试去破解密码,总共要试16次;而量子计算机存在叠加态,可以把它想象成16个数字同时存在,仅需一次就能找到解,简单来说就是并行计算。


随着存储器越来越多,量子计算机存储信息的能力也将呈现指数级上升。正是基于这样的特性,中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等学者组成的研究团队与中国科学院上海微系统所与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建的量子计算原型机“九章”,针对高斯波色采样问题,处理5000万个样本只需200秒,而目前世界最快的超级计算机处理相同问题需要6亿年。



九章光量子干涉实物图


量子计算当前还处于原型机研发阶段,存在多种技术路线,目的是制作出最基本的物理实现粒子。


量子通信


量子计算带来强大算力的同时,也将引发全新信息安全挑战,因为传统密码在能够进行并行计算的量子计算机面前会更容易破解。而基于量子密钥分发(QKD)与经典对称密码算法相结合的量子保密通信技术,则被业内认为有望为信息安全领域带来可实现长期安全性保障的保密通信方案。


量子通信主要分为量子隐形传态(QT)和量子密钥分发(QKD)两类,目前产业化的主要是QKD,基于量子力学保证密钥分发的安全性。量子通信无法被窃听,较传统加密算法具有优势。当前市场主要集中在对保密要求高的党政军和金融系统,长期来看有望引领量子互联网的革命。


前瞻产业研究院预计,中国量子通信整体市场规模2019年达到325亿元,同比增长19%。随着传统光通信厂商入局CV-QKD,产业化有望再加速。


各国发展状况


当下,各国和地区在具体技术路径选择方面有着不同的立场、技术标准体系、产业布局和示范验证。但各方都认为量子科技将带来巨大的社会和经济价值,因此量子信息也被列为“保持国家竞争力”的重点课题。


2020年美国发布《量子互联网国家战略蓝图》报告,明确建设与现有互联网并行的第二互联网——量子互联网;2016年欧盟委员会发布《量子宣言》提出“十年内开发基于量子纠缠的长距离(>1000km)的量子互联网”;2013年英国宣布设立为期5年、投资2.7亿英镑的国家量子技术计划(全球最早的国家量子计划);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。



环美量子保密通信骨干网络


近年来,我国在基于光纤网络的量子通信技术和星地量子密钥分发技术方面开展了系统性研究,总体上处于国际领先地位。前瞻产业研究院预计,中国量子通信整体市场规模2019年达到325亿元,同比增长19%。


目前我国是全球量子保密通信技术领域专利公开量最多的国家,主要申请人包括中国科学技术大学、安徽问天量子、科大国盾量子、神州量子、清华大学等。


在“量子保密通信‘京沪干线’技术验证及应用示范项目”及“墨子号”量子卫星项目的牵引下,我国掌握了城域、城际以及自由空间的量子通信关键技术,同时培育和集聚了一批各环节的企业。



我国量子保密通信产业化发展情况


依托京沪干线和武合干线,骨干节点城市也相继建成了以金融、政务等为核心业务的量子城域网和行业专网。量子信息技术在面向“十四五”乃至更长远的未来,有望成为中国在全球科技产业中“换道超车”、掌握产业链话语权的重要核心技术。


当下量子保密通信网络的安全方案还处于初期向中期过渡的阶段,未经过大范围验证,还需要依托经典网络通信。华安证券认为,中国量子通信将采取三步走策略,通过光纤实现量子通信城域网,通过量子中继器实现城际网,再通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网。



量子通信应用发展展望


随着产品规模化生产,技术迭代,量子通信商用化正渐行渐近,十四五规划期间有望率先用于政务、金融、电力等关系国计民生领域。未来随着QKD组网技术的成熟、终端设备小型化、移动化,量子通信或许才会迎来真正的爆发。


成都主要从事企业


从目前成都从事量子科技领域的企业来看,数量不多,属于新兴领域。比如中创为(成都)量子通信技术有限公司、四川国科量子通信网络有限公司、成都中微达信科技有限公司。


中创为(成都)量子通信技术有限公司:


中创为(成都)量子通信技术有限公司是北京中创为量子通信技术股份有限公司的子公司。北京中创为专注于量子技术产业化应用,重点面向国防、金融、政务、能源等专业领域市场提供量子保密通信系统设备研发、定制产品服务及系统解决方案,实现传统通信业务与量子技术的有效结合,是量子保密通信系统设备与服务的专业供应商。


目前成都有关方面已经调研了解中创为(成都)量子通信技术有限公司在量子通信产品及技术应用落地情况,探讨企业先进技术和模式如何应用于城市场景,以实现企业与城市共同发展。


四川国科量子通信网络有限公司:


四川国科量子通信网络有限公司是国科量子通信网络有限公司下属国有控股子公司,是在四川提供量子保密通信服务的供应商,也是目前四川具备城域网和大型量子保密通信城际干线建设经验和技术能力的企业。


2019年11月,成都信息港有限责任公司与四川国科量子通信网络有限公司,签署在成都市范围内首次构建量子保密通信城域网项目。计划在现有成都市电子政务外网的基础上,利用量子通信技术,在22个政务外网节点,建设服务成都市职能部门各项业务的成都市电子政务外网量子保密通信示范网络,提升成都市电子政务信息基础设施水平、完善成都市网络安全防控体系,并带动成都市量子保密通信网络建设及发展。


成都中微达信科技有限公司:


中微达信主营量子计算测控设备、雷达通信测试设备、高性能采集存储计算数字处理组件、AI智能硬件加速卡等。公司已入选国家高新技术企业、国家科技型中小企业、成都市新经济企业种子企业、成都市高新区雏鹰企业。目前已申请专利近30余项,获批专利11项。



在2019年,中微达信也入选本源量子计算产业联盟,该联盟已集结中船重工709所、哈工大机器人集团、中科类脑、智天链、云从科技、中船鹏力、中微达信、瀚海博兴、问天量子等多家联盟伙伴,成员单位分布于计算科技、机器学习、区块链、人工智能、低温制冷、信号处理、生物医药等多个行业。其中中微达信给国内院士团队研发的国内第一个量子计算机用测控系统技术领先。

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