中國消費者報報道(記者王峰)新年伊始，備受業(yè)界關注的量子通信領域捷報頻傳：中國電信推出首款量子安全通話產品——“量子密話”；中國聯(lián)通宣布成功完成量子通信+區(qū)塊鏈應用測試驗證；中國科學技術大學宣布中國科研團隊成功實現(xiàn)跨越4600公里的星地量子密鑰分發(fā)，標志著我國已構建出天地一體化廣域量子通信網雛形，該網絡已覆蓋我國四省三市32個節(jié)點，包括北京、濟南、合肥和上海4個量子城域網，通過兩個衛(wèi)星地面站與“墨子號”相連，目前已接入金融、電力、政務等行業(yè)的150多家用戶。
量子通信究竟為何物?會給人們的通信生活帶來哪些變化?《中國消費者報》記者就此進行了深入采訪。
揭開神秘面紗
從“墨子號”升空到“九章量子計算機原型”問世，雖然量子技術已是熱度不斷的“網紅”，但對很多人來說，它仍然披著神秘面紗。
從電通信到光通信，再到如今的量子通信，現(xiàn)代通信技術在滿足人們的通信需求或實現(xiàn)人們新的需求的過程中不斷前行。光通信主要利用光為傳播介質，使人類獲取信息的通信方式。光作為一種電磁波，有著頻率高頻帶寬，通信容量大，抗電磁干擾能力強。光通信憑借著自身特點，充分滿足了大量數據通信的正確可靠的高速傳輸和處理需求。而量子通信則是主要利用量子疊加態(tài)和糾纏效應，進行信息傳遞的新型通信方式，基于其量子力學中的不確定性測量坍塌和不可克隆等原理提供了無法被竊聽和計算破解的絕對安全性保證，有著廣闊的應用前景。
量子物理學家、中國科學院院士潘建偉指出，量子通信本質上是量子密鑰的傳輸，利用量子糾纏可以將量子信息傳輸到另一個地點，而不是傳送信息載體本身，屬于被嚴格證明的“無條件安全通信方式”。
中電信量子科技有限公司副總經理查子龍解釋說，量子通信實際上是利用量子態(tài)作為信息載體來進行信息交互的通信技術，在原理上確保非授權方不能復制與竊取量子信道內所傳遞的信息，安全性方面遠高于目前的通信方式，屬于被嚴格證明的“無條件安全通信方式”。量子通信會將信息進行加密傳輸，在這個過程中密鑰不是一定的，用戶每次發(fā)起“量子密話”時，量子密鑰是從量子密鑰分發(fā)網上實時取得的，每一次是隨機性的，而且密鑰只能用一次，下次通話會實時生成一個新密鑰作為會話密鑰。也就是說，量子密鑰的分發(fā)是利用了量子通信的方式來完成的，保障通訊雙方能夠共同擁有密鑰，使用光量子傳輸，可以避免被截取和破譯，如果這個通訊被監(jiān)聽或者截取，就會即時破壞掉這種量子態(tài)，通訊雙方也能第一時間得知他們的通訊遭到了破壞，從而切換密鑰或者改變通訊方式。
商用步伐加快
近年來，我國量子通信技術無論是在研發(fā)上還是在落地實踐上都加快了步伐。
“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星于2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星之一。2016年8月16日發(fā)射升空后，在國際上率先成功實現(xiàn)了千公里級的星地雙向量子糾纏分發(fā)、高速星地量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài)等實驗。
標志著量子通信技術落地的“京滬干線”項目于2013年7月立項，2017年9月29日開通，整個項目建設周期42個月。建設期間，“京滬干線”項目組突破了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規(guī)模量子網絡管控監(jiān)控等系列工程化實現(xiàn)的關鍵技術，并成功實現(xiàn)首次洲際量子通信。
在2017年量子保密通信“京滬干線”與“墨子號”量子衛(wèi)星成功對接的基礎上，中國科學技術大學教授潘建偉及其同事陳宇翱、彭承志等，與中國科學院上海技術物理研究所王建宇研究組、濟南量子技術研究院，以及中國有線電視網絡有限公司合作，成功組建世界上首個集成了700多條地面光纖量子密鑰分發(fā)鏈路和兩個衛(wèi)星對地自由空間高速QKD鏈路的廣域量子通信網絡。
目前，我國在量子加密通信的核心指標密鑰分發(fā)效率上也取得重大突破。2017年，量子加密通信的光纖密鑰分發(fā)效率為28.4kbps/s，最高能夠達到235.4kbps/s，夠1.2萬個用戶同時進行加密，現(xiàn)在這一速率已經提升了40倍。未來星地的量子加密通信網絡，還會隨著技術的提升、基礎設施的升級以及量子衛(wèi)星的增加，不斷地提高性能。當擁有了十幾顆，或者幾十顆的量子通信衛(wèi)星之后，量子加密通信將能實現(xiàn)全球覆蓋，再結合地面站和地面接收與發(fā)射設備的小型化以及便攜化，屆時降低了成本的量子加密通信，將會變成一種經濟高效的安全通信網絡。
任何通信技術的落地都離不開運營商支持。目前三大運營商在量子通信的商用上動作頻頻。記者從中國電信了解到，中國電信近日已開始在安徽省內招募“量子密話”友好體驗客戶。中國電信此次推出的“量子密話”服務是以APP方式操作實現(xiàn)的，已經適配各種安卓機型。用戶如需辦理量子安全通話業(yè)務，需攜帶身份證前往當地營業(yè)廳，更換定制的量子安全通話SIM卡，下載天翼量子安全通話APP，全程只換卡不換號，也不需更換手機。
中電信量子科技有限公司董事鄭家升表示，中國電信已正式啟動“量子鑄盾行動”，將率先為10個城市公共安全提供量子安全云，為100個城市提供量子安全組網方案，為1萬個政企客戶提供量子安全加密解決方案，為1000萬移動終端用戶提供量子安全通話服務。
近日，中國聯(lián)通也宣布成功完成量子通信+區(qū)塊鏈應用測試驗證。通過在“京雄量子加密干線”部署區(qū)塊鏈BaaS基礎設施節(jié)點與聯(lián)盟區(qū)塊鏈應用，測試團隊在量子信息安全保障下驗證了區(qū)塊鏈賬本數據同步、共識、賬本數據讀寫等應用操作，驗證了量子通信+區(qū)塊鏈結合的安全性與可行性。
中國移動則在近期舉辦的全球合作伙伴大會媒體溝通會上，發(fā)布了超級SIM卡，內含加密芯片以及NFC功能，線下可充當飯卡、門禁卡、交通卡、車鑰匙;線上可以進行金融安全認證、5G電子簽名，大額轉賬等。
此外，中國廣電控股的中國有線電視網絡有限公司則與國科量子通信網絡有限公司在?？诰?ldquo;共建海南星地一體環(huán)島量子保密通信網絡”完成戰(zhàn)略合作簽約，并同步推出“量子保密視頻會議機頂盒融合產品”。
終端產品亮相
量子通信技術的發(fā)展引來了眾多通信廠商的目光，相關終端產品和方案也競相問世。
早在2017年，國盾量子與中興通訊就合作推出全球首款商用“量子加密手機”，該手機通過安裝量子安全TF卡，在全網通或WiFi環(huán)境下，用戶之間可以實現(xiàn)基于量子安全的密話、密信功能。
三星于2020年5月推出推出一款量子加密智能手機，該手機安裝了量子隨機數生成芯片，用以確保對用戶敏感信息的可信認證和加密、防止黑客攻擊。
中國電信前不久展示了兩款配備了“量子密鑰”的手機，通過提前將量子密鑰預注至安全SIM卡，用戶使用智能手機時，傳出的語音經過安全SIM卡數據加密，進而防止隱私信息被泄露。值得注意的是，該量子加密技術的運用并不需要重新專門設計一款量子手機，普通手機只要插入了已經提前被量子加密的SIM卡就可以使用，也就是說這項技術在未來的普及率會很高。
與此同時，面向企業(yè)、面向公眾的量子安全應用產品和解決方案也正在不斷推出，例如量子密碼云、量子數據中心、量子數據存儲、量子身份認證、量子手機、量子視頻會議等。國科量子與中國廣電聯(lián)合推出的“量子保密視頻會議機頂盒融合產品”就是將中國有線的機頂盒和云視頻會議系統(tǒng)融合，把電視機變成視頻會議終端，并進一步結合量子保密通信技術，應用量子密鑰對云視頻會議的音視頻媒體流進行加密，保障音視頻通過互聯(lián)網傳輸的機密性。
未來可期
量子加密通信網絡雖然在目前看來還暫時不能替代現(xiàn)有通信網絡，但是作為通信技術的補充和加密升級，在服務安全性需求高的行業(yè)領域，仍然有著很好的應用前景，也許在不久的將來，我國的量子加密通信網絡就可以實現(xiàn)全球聯(lián)通，開行萬里級別的量子衛(wèi)星無中繼通信服務。
量子通信市場潛力巨大，前瞻產業(yè)研究院發(fā)布的《中國量子通信行業(yè)市場前瞻與投資策略分析報告》預測， 2023年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達到805億元左右，2019—2023年均復合增長率約為17.31%。
量子科技作為事關國家信息安全的戰(zhàn)略新興領域，已被寫入“十四五”規(guī)劃。在國家戰(zhàn)略指引下，量子通信也備受運營商的關注。中國電信總經理李正茂表示，中國電信將完善科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略布局，聚焦5G、人工智能、量子通信等新一代通信技術，為智慧城市、工業(yè)大腦、雪亮工程提供服務，全面升級原有網絡的安全防護能力，同時與云計算、大數據等技術相結合，提供量子安全云等產品。
從長期來看，量子通信產業(yè)應用場景十分廣闊，除了網絡信息安全，還可應用于量子通信干線、量子城域網、金融、國防等方面。潘建偉表示，將擴大量子通信網絡的有效覆蓋范圍，包括實現(xiàn)量子通信網絡和經典通信網絡的無縫銜接、實現(xiàn)可支持千公里量級的量子中繼，希望通過10-15年的努力，能夠完整地發(fā)展我國天地一體廣域量子的通信網絡技術體系。
中電信量子科技有限公司總經理彭承志告訴記者，中國量子通信基礎研究實力全球領先，具有產業(yè)標準話語權。目前，國家“十四五”規(guī)劃中已經將量子科技、AI智能、芯片技術等納入重點研發(fā)領域，在國家政策的支持下，我國量子通信產業(yè)化將加速向前推進，相信在不久的將來，量子安全專線、量子城域網等民用化設施將逐步落地。
