（已壓縮）未來產(chǎn)業(yè)研究2024年第3期（總第10期）：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢(shì)研判及重點(diǎn)布局建議量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢(shì)研判及重點(diǎn)布局建議-水印版

目目錄CONTENTS本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢(shì)研判及重點(diǎn)布局建議一量子通信發(fā)展動(dòng)向… 1（一）量子通信發(fā)展歷程 1（二）量子通信發(fā)展路線… 5二、趨勢(shì)研判 11（一）量子通信賦能更多應(yīng)用場(chǎng)景 11（二）標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，為行業(yè)發(fā)展“保駕護(hù)航” 12（三）QKD科研活躍，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能獲進(jìn)一步提升 12（四量子保密通信與PQC有望形成融合應(yīng)用方案 12（五）量子信息網(wǎng)絡(luò)持續(xù)研究，使能技術(shù)有待突破 13（六）無中繼光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)前景可期… 14三、重點(diǎn)賽道布局建議 14（一）聚焦量子密鑰分發(fā)（QKD）關(guān)鍵組件的工程化攻關(guān)，加速推進(jìn)技術(shù)成熟和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 （二）加快構(gòu)建抗量子計(jì)算的新型信息安全基礎(chǔ)設(shè)施，形成自主可控的量子安全密碼解決方案 （三）推動(dòng)地面量子通信與衛(wèi)星量子通信的融合發(fā)展，打造天地一體化的基礎(chǔ)設(shè)施 （四）超前布局量子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與使能技術(shù)，加速推進(jìn)量子通信、量子計(jì)算與量子傳感的融合發(fā)展 本期主題：量子通信發(fā)展動(dòng)向、趨勢(shì)研判及重點(diǎn)布局建議一、量子通信發(fā)展動(dòng)向（一）量子通信發(fā)展歷程量子通信技術(shù)是基于量子力學(xué)的基本原理，提供了一種在安全性和傳輸效率上超越傳統(tǒng)通信手段的新型通信方式。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，量子通信展現(xiàn)出了更高的傳輸容量和安全性。自20世紀(jì)80年代量子通信理論的興起，這一領(lǐng)域已經(jīng)從初步的實(shí)驗(yàn)室探索，逐步發(fā)展到工程化和網(wǎng)絡(luò)化的成熟階段，形成了一個(gè)具有高技術(shù)壁壘的重要產(chǎn)業(yè)，并在行業(yè)成熟度上持續(xù)提升。全球量子通信技術(shù)的發(fā)展可劃分為四個(gè)主要階段：初步探索與實(shí)驗(yàn)階段、理論創(chuàng)新與突破階段、行業(yè)應(yīng)用案例積累階段以及生態(tài)系統(tǒng)的逐步完善階段。1、概念探索和試驗(yàn)研究階段（20世紀(jì)70年代-2000年）量子通信概念雛形首次被提出

并開始搭建理論基礎(chǔ)。量子通信的初步構(gòu)想及其理論基礎(chǔ)是在20世70年代初期由哥倫比亞大學(xué)的學(xué)StephenWiesner首次提出，他探索了量子物理原理在解決傳統(tǒng)物理學(xué)難題上的潛力，并引入量子多路復(fù)用信道和量子貨幣的概念。1968年，以色列科學(xué)家StephenWiesner提出量子系統(tǒng)在處理信息方面的潛力，激發(fā)了量子通信和量子密碼學(xué)的發(fā)展。1979年，IBMBennett和蒙特利爾大學(xué)的Brassard提出量子通信傳輸?shù)某醪皆O(shè)想。1981-1982年，AlainAspect通過使用糾纏光子進(jìn)行的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了量子力學(xué)的有效性，為量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1984年，IBMBB84量子密鑰分發(fā)協(xié)議，利用單光子的不可分割性和未知量子態(tài)的不可復(fù)制性，從理論上確保密鑰的安全性，從而保障信息傳輸?shù)陌踩?。然而，在量子通信的早期階段，其安全通信的有效距離僅能達(dá)到10公里左右，尚未達(dá)到實(shí)用化的要求。同年，RichardFeynman首次提出量子計(jì)算的概念，這為量子通信的研究提供了重要的理論支撐。從量子密碼學(xué)概念提出到遠(yuǎn)距離傳輸量子態(tài)的成功實(shí)現(xiàn)，引領(lǐng)量子通信技術(shù)快速發(fā)展。1992年，法國物理學(xué)家阿蘭?阿斯佩（AlainAspect）發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的論文，題為“量子密碼學(xué)”，在其中他提出利用量子糾纏現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)安全通信的新理念，為量子通信的理論發(fā)展帶來重大突破。1993年，C.H.Bennett提出量子通信這一概念。同年，一個(gè)由多國科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，提出了一種將經(jīng)典通信與量子通信相結(jié)合的方法，用以實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，為量子通信技術(shù)的深入探索奠定了基礎(chǔ)。1995年，中國科學(xué)院物理研究所成功完成中國首次量子密鑰分發(fā)（QKD）實(shí)驗(yàn)。1997年，潘建偉教授與荷蘭學(xué)者羅納德?波米斯特（RonaldPol）等人合作，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)未知量子

態(tài)的遠(yuǎn)距離傳輸，標(biāo)志國際上首次成功地將一個(gè)量子態(tài)從一個(gè)地點(diǎn)的光子傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地點(diǎn)的光子上。2、重大理論突破階段（2001-2006年）量子通信在理論研究上出現(xiàn)重大突破。2002年，德國和英國的研究機(jī)構(gòu)在兩座相隔23.4公里的山峰之間，通過激光技術(shù)成功地傳輸光子密鑰，展示了利用近地衛(wèi)星進(jìn)行量子密鑰傳輸并構(gòu)建全球量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的潛力。2003年，來自韓國、中國和加拿大的科學(xué)家們提出誘騙態(tài)量子密碼的理論方案，有效解決了在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下，量子通信的安全速率隨距離增加而顯著降低的問題。2004年，美國的BNN公司建立了世界上第一個(gè)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，并在馬薩諸塞州劍橋城開始運(yùn)行。維也納大學(xué)的科學(xué)家們完成了首個(gè)基于量子糾纏的量子通信實(shí)驗(yàn)，通過編碼和解碼糾纏光子實(shí)現(xiàn)量子密鑰的安全分發(fā)。同年，中國郭光燦教授的科研團(tuán)隊(duì)在北京和天津之間成功實(shí)現(xiàn)125公里光纖的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子密鑰分發(fā)。2005年，潘建偉教授的團(tuán)隊(duì)在13公里自由空間的糾纏光子分發(fā)和量子密鑰生成，驗(yàn)證了糾纏光子能夠穿越大氣層。同時(shí)，王向斌、羅開廣、馬雄峰和陳凱等中國科學(xué)家共同提出了基于誘騙態(tài)的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)方案，理論上將安全通信距離顯著提升至超100公里。3、技術(shù)應(yīng)用探索開展階段（2006-2012年）各國量子通信網(wǎng)絡(luò)基本處于建設(shè)中期或完成試運(yùn)營階段。2006年，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局8個(gè)節(jié)點(diǎn)的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。2007Zeilinger領(lǐng)導(dǎo)的歐洲研究團(tuán)隊(duì)成功在相隔144公里的兩個(gè)島嶼間實(shí)現(xiàn)單光子傳輸和密子路由器”的試驗(yàn)，以建立量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)。2008年，歐洲的聯(lián)合研究小組在維也納建立SECOQC量子安全通信網(wǎng)絡(luò)，成為全球首個(gè)由量子密鑰技術(shù)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，12個(gè)國家，包含6個(gè)節(jié)點(diǎn)和8條鏈路。2009年，中國成功開發(fā)量子電話樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了基于“一次

一密”原則的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通話和三方對(duì)講功能。2010年，日本多家公司與Toshiba歐洲研究中心、瑞士IDQuantique和奧地利維也納研究組合作，建立了東京量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。2012年，合肥在中國建成了首個(gè)規(guī)?；某怯蛄孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，其規(guī)模超越了當(dāng)時(shí)國際上的類似網(wǎng)絡(luò)。4、產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步完善階段（2013年-至今）全球量子通信技術(shù)的實(shí)用化不斷加強(qiáng)。2013年，意大利啟動(dòng)量子通信骨干網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃，連接弗雷瑞1700公里。20154億英鎊的“國家量子技術(shù)專項(xiàng)”，旨在建立量子通信、傳感、成像和計(jì)算20214月，英國完成其首個(gè)工業(yè)量子安全網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試工作。2016年，韓國在首爾周邊地區(qū)完成了其國家量子保密通信測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的第一2568月，俄羅斯在韃靼斯坦共和國啟動(dòng)首條多節(jié)點(diǎn)量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的試點(diǎn)項(xiàng)目。2017年，日本信息通信研究機(jī)構(gòu)利用超小型衛(wèi)星成功進(jìn)行量子通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志量子通信技術(shù)可以以更低的成本在小型衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)，預(yù)示著更多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)將參與到量子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中。2018年，歐盟啟動(dòng)超過30億英鎊的“量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目”，計(jì)劃在2035年左右構(gòu)建起泛歐量子安全互月，德國通過《量子6.5億歐元，為量子技術(shù)的研究與發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2019共同探討在未來十年內(nèi)開發(fā)和部署量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，以提升歐洲在量子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面的地位。2020年，日本開始著手建立全球量子加密網(wǎng)絡(luò)，并積極推動(dòng)單自旋器件、量子傳感器和量子中繼技術(shù)的發(fā)展。20214月，英國完成首個(gè)工業(yè)量子安全網(wǎng)絡(luò)的6月，俄羅斯國營鐵路公司開通了從莫斯科到圣彼得堡的量子通信干線，全長700公里，成為歐洲最長的量子通信線路。俄羅斯政府計(jì)劃在未來1015年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)運(yùn)營。20217月，歐盟委員會(huì)計(jì)劃推出基于

衛(wèi)星的安全連接系統(tǒng)，旨在為歐洲各地提供高速寬帶服務(wù)，確保連接的可靠性、安全性和成本效益。我國量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、應(yīng)用年，濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)正式啟用，標(biāo)志著中國首個(gè)以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)的大型量子通信網(wǎng)絡(luò)的誕生。2014年，京滬干線項(xiàng)目啟動(dòng)，旨在打造全球最長距離的廣域光纖量子保密通信骨干線路。20178月，929日，京滬干線正式開通，成為世界上基于可信中繼方案的最遠(yuǎn)距離量子安全密鑰分發(fā)干線。2018年量子骨干網(wǎng)——“京滬干線”，成為國家量子通信網(wǎng)絡(luò)向南和向西延伸的關(guān)鍵支撐點(diǎn)。量子加密通信技術(shù)應(yīng)用方面，2015年，工商銀行北京分行實(shí)現(xiàn)了電子檔案信息的同城加密傳輸，同年，成立“中國量子通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。20177國首個(gè)商用量子保密通信專網(wǎng)——濟(jì)南市黨政機(jī)關(guān)量子保密通信專網(wǎng)順利通過了技術(shù)驗(yàn)收。我國量子通信科研持續(xù)取得突破。20203月，由潘建偉院士領(lǐng)銜的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合清華大學(xué)和山東濟(jì)南量子技術(shù)研究院等單位，成功實(shí)現(xiàn)在真實(shí)環(huán)境下500公里以上光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）和相位匹配量子密鑰分發(fā)（PM-QKD），其中傳輸509公里，刷新了世界紀(jì)錄。這一成就標(biāo)志著我國在量子中繼技術(shù)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性進(jìn)展，50公里光纖存儲(chǔ)20211潘建偉院士及其團(tuán)隊(duì)成員陳宇翱、彭承志等，與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的王建宇研究組、濟(jì)南量子技術(shù)研究院和中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司攜手合作，完成跨越4600公里的星地量子密鑰分發(fā)，標(biāo)志著我國在構(gòu)建天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)方面邁出了重要步伐，為實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)支撐。20225月，潘建偉院士及其團(tuán)隊(duì)

成員彭承志、陳宇翱、印娟等，借助“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，首次實(shí)現(xiàn)地球上相隔1200公里的兩個(gè)地面站之間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸。這一創(chuàng)新成果為構(gòu)建全球性的量子信息處理和量子通信網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路，是量子通信技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。（二）量子通信發(fā)展路線1、量子密鑰分發(fā)量子糾纏和不確定性原理的獨(dú)特性質(zhì)為獨(dú)特性質(zhì)為QKD技術(shù)提供了理論上無條件安全的基礎(chǔ)。量子糾纏是指兩個(gè)或多個(gè)量子態(tài)粒子之間存在著一種非經(jīng)典相關(guān)性，無論相隔多遠(yuǎn)，對(duì)其中一個(gè)粒子的測(cè)量都會(huì)瞬間影響到另一個(gè)粒子的狀態(tài)。利用這一特性，通信雙方可以生成一對(duì)完全隨機(jī)且相關(guān)的密鑰，保證了密對(duì)量子態(tài)的任何測(cè)量都會(huì)引入不可避免的擾動(dòng)，改變量子態(tài)。基于此原理，任何竊聽者對(duì)量子信道的竊聽都會(huì)引入錯(cuò)誤，從而被合法通信方所發(fā)現(xiàn)。綜合應(yīng)用這兩大原理，QKD技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)理論上無條件安BB84協(xié)議為例，它使用兩組正交基（如水平/垂直和45度/135度偏振基）來編碼量子態(tài)，發(fā)送方隨機(jī)選擇基進(jìn)行編碼并發(fā)送，接收方也隨機(jī)選擇測(cè)量基對(duì)收到的量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，雙方通過協(xié)商舍棄基不匹配的測(cè)量結(jié)果，最終得到一組完全隨機(jī)的密鑰。QKD技術(shù)以其“一次一密”等特點(diǎn)彰顯出獨(dú)特的安全優(yōu)勢(shì)，但距離大規(guī)模應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。QKD次一密”，即每次通信使用全新的隨機(jī)密鑰，歷史密鑰的泄露不會(huì)影響后續(xù)通信的安全。其次，QKD技術(shù)對(duì)竊聽具有有效的主動(dòng)檢測(cè)能力，任何竊聽行為都會(huì)引入顯著誤碼，通信雙方可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)對(duì)措施。再者，QKD技術(shù)具有前向安全性，即使將來出現(xiàn)任意強(qiáng)大的計(jì)算能力，過去已經(jīng)分發(fā)的密鑰的安全性也不會(huì)受到威脅。此外，QKD技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)密鑰的“按需分發(fā)”，根據(jù)通信雙方的需求實(shí)時(shí)生成所需的密鑰材料，提高了密鑰管理的靈活性。當(dāng)然，QKD技術(shù)也存在一些局限性，如嚴(yán)格依賴量子信道，對(duì)硬件的要求很高，成本也

相對(duì)較高，在實(shí)用化進(jìn)程中還面臨成本控制挑戰(zhàn)。QKDQKD技術(shù)研發(fā)應(yīng)用持續(xù)推進(jìn)，為構(gòu)建量子安全通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。近年來，量子密鑰分發(fā)技術(shù)的研究與應(yīng)用都取得了長足進(jìn)展，性能指標(biāo)不斷刷新，應(yīng)用范圍持續(xù)拓展。在實(shí)驗(yàn)室條件下，QKD系統(tǒng)的安全密鑰率已經(jīng)突破了Mbps量級(jí)，傳輸距離也超過了500公里的長距離。與此同時(shí)，各種新型QKD協(xié)議層出不窮，從最初的離散變量編碼發(fā)展到連續(xù)變量編碼、高維度編碼等，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)容量和穩(wěn)定性。工程實(shí)現(xiàn)方面，QKD技術(shù)已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，開始在真實(shí)的光纖網(wǎng)絡(luò)中部署應(yīng)用。部分城域和城際QKD網(wǎng)絡(luò)，為政務(wù)、金融等關(guān)鍵領(lǐng)域提供了高安全通信服務(wù)。在衛(wèi)星平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的星地QKD突破了地面光纖的距離限制，使得在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子保密通信成為可能。QKD技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了工程化和產(chǎn)業(yè)化的新階段，在不遠(yuǎn)的將來有望成為保障信息安全的重要手段。QKDQKD技術(shù)與關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的融合發(fā)展前景廣闊，將從多個(gè)方面保障國家安全?；谄洫?dú)特的安全優(yōu)勢(shì)，量子密鑰分發(fā)技術(shù)在對(duì)信息安全有極高要求的關(guān)鍵領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在國防領(lǐng)域，QKD技術(shù)可用于保護(hù)軍事指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)通信網(wǎng)絡(luò)等核心基礎(chǔ)設(shè)施，防止敵對(duì)方的竊聽和破解，維護(hù)國家安全。政務(wù)領(lǐng)域涉及的政府機(jī)密信息、敏感數(shù)據(jù)等也迫切需要QKD技術(shù)來確保其機(jī)密性，尤其是涉外事務(wù)部門更需防范外國情報(bào)機(jī)構(gòu)的竊密行為。能源領(lǐng)域，特別是電力系統(tǒng)和核電站的調(diào)度控制通信，一旦遭到網(wǎng)絡(luò)入侵和數(shù)據(jù)篡改，后果不堪設(shè)想，必須采用QKD技術(shù)進(jìn)行超強(qiáng)加密防護(hù)。此外，量子通信技術(shù)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展，將極大拓寬其應(yīng)用范圍。比如，利用QKD技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)密碼系統(tǒng)進(jìn)行量子增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)密鑰的安全分發(fā)和更新，或者將QKD技術(shù)與密碼認(rèn)證、簽名服務(wù)相結(jié)合，打造量子安全服務(wù)平臺(tái)，都將在金融、醫(yī)療等重要民生領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。2、后量子密碼（PQC）量子計(jì)算未來落地將對(duì)傳統(tǒng)密碼算法構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，抵御量子計(jì)

算破譯的新型密碼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著量子計(jì)算原型機(jī)展現(xiàn)的量子優(yōu)勢(shì)不斷嶄露頭角，傳統(tǒng)公鑰密碼體制面臨被破解的風(fēng)險(xiǎn)。例如，基于大數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)問題的RSA和橢圓曲線密碼體制，一旦量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)足夠的量子比特和量子誤差校正，將可在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)被破解。這意味著，一旦大規(guī)模通用量子計(jì)算機(jī)問世，現(xiàn)有的大部分網(wǎng)絡(luò)安全體系將不再安全。因此，研制能夠抵御量子計(jì)算攻擊的新型密碼算法迫在眉睫，這就是PQC技術(shù)的核心目標(biāo)?；堋⒋a基密碼等新型密碼機(jī)制為構(gòu)建后量子密碼體系提供了可能的解決方案。為了應(yīng)對(duì)量子計(jì)算威脅，密碼學(xué)家設(shè)計(jì)了多種可PQC算法。其中，格基密碼利用高維數(shù)學(xué)對(duì)象格上難解問題（如SVP、最近向量問題CVP等）的計(jì)算復(fù)雜性，構(gòu)建新的單向陷門函數(shù)，即求解從易到難，而驗(yàn)證從難到易。碼基密碼則利用糾錯(cuò)碼的解碼復(fù)雜性，通過引入人為噪聲，構(gòu)造新型密碼算法。哈希簽名通過將待簽名消息映射到一個(gè)短消息驗(yàn)證，再對(duì)短消息進(jìn)行數(shù)字簽名，在保證安全性的同時(shí)提高效率。除此之外，還有基于同態(tài)加密、多變量二次方程等其他機(jī)制的PQC算法。目前，國際密碼學(xué)界正在對(duì)各類PQC算法展開深入研究，以期為后量子時(shí)代網(wǎng)絡(luò)安全保駕護(hù)航。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開PQC標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程引領(lǐng)全球后量子密碼技術(shù)發(fā)展方向。為積極應(yīng)對(duì)后量子時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）2016年末啟動(dòng)了后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，旨在遴選出安全、高PQC算法，為下一代信息安全系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。目前，NIST20227月完成了對(duì)四種后量子密碼學(xué)算法的最終選擇，其中包括用于密鑰封裝機(jī)制的算法，以及用于CRYSTALS-Dilithium、FalconSPHINCS+算法，涵蓋了展現(xiàn)出良好的安全性、性能與兼容20238月公布了其中三種算法的標(biāo)準(zhǔn)草案，即FIPS203、FIPS204FIPS205，這些標(biāo)準(zhǔn)有

望于今年投入使用。PQC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不斷明確，對(duì)于引導(dǎo)全球后量子密碼技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)量子安全產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建具有重大意義。金融、電信、政務(wù)等重點(diǎn)行業(yè)是后量子密碼技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，亟需制定過渡期安全策略。金融領(lǐng)域涉及大量敏感信息和高價(jià)值交易，是網(wǎng)絡(luò)攻擊的重點(diǎn)目標(biāo)。采PQC技術(shù)保護(hù)金融數(shù)據(jù)和交易安全，將極大提升金融系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防范能力。電信運(yùn)營商承載著關(guān)鍵通信基礎(chǔ)設(shè)施，大量政企客戶信息需PQC技術(shù)增強(qiáng)承載網(wǎng)絡(luò)安全，對(duì)于維護(hù)國家安全和社會(huì)穩(wěn)定至關(guān)重要。此外，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)發(fā)展過程中，PQC技術(shù)也將發(fā)揮基礎(chǔ)支撐作用?？紤]到新舊密碼更替需要一個(gè)比較長的過渡期，亟PQC的過渡期安全策略，如采用傳統(tǒng)密PQC共存的“混合方案”，分步實(shí)施密碼遷移等。3、QKDPQC融合發(fā)展面向后量子時(shí)代，量子密鑰分發(fā)與后量子密碼可協(xié)同發(fā)展，形成組合拳，共同構(gòu)筑未來信息安全的堅(jiān)實(shí)防線。一方面，QKD技術(shù)在密鑰分發(fā)階段能夠提供“一次一密”的無條件安全保障，但數(shù)據(jù)加密階段仍需依賴經(jīng)典密碼算法，其安全性無法從信息論意義上得到保證。另一方面，PQC雖然能夠抵御已知的量子計(jì)算攻擊，但其長期安全性仍有待理論證明，且在密鑰分發(fā)階段無法提供可證明安全性。因此，將QKD技術(shù)用于密鑰分發(fā)，PQC技術(shù)用于數(shù)據(jù)加密，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將極大提升整個(gè)密碼系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，QKD與PQC的結(jié)合也為解決各自局限性提供了新思路，有望實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的協(xié)同效應(yīng)。QKDPQC融合的安全通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是發(fā)展的重點(diǎn)方向，需要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。QKDPQC融合發(fā)展的重點(diǎn)是構(gòu)建安全通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容與互連。需要針對(duì)不同的組網(wǎng)場(chǎng)景，如骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)等，設(shè)計(jì)相應(yīng)的融合組網(wǎng)方案。在協(xié)議設(shè)計(jì)上，需QKDPQC算法的無縫對(duì)接，研究高效的密鑰管理機(jī)制。

QKDPQC算法硬件實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)，研制低成本、高集成度的QKD-PQC融合設(shè)備。4、量子隱形傳態(tài)（QT）量子隱形傳態(tài)為大尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，但離實(shí)用化仍有相當(dāng)差距。量子隱形傳態(tài)是利用量子糾纏效應(yīng)，將一個(gè)量子系統(tǒng)的狀態(tài)瞬時(shí)、高保真地傳送到另一個(gè)量子系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)量子態(tài)遠(yuǎn)距離、高質(zhì)量分發(fā)的重要技術(shù)手段。借助QT技術(shù)，可以構(gòu)建大尺度、全互聯(lián)的量子通信網(wǎng)絡(luò)，為分布式量子計(jì)算、量子密鑰分發(fā)等量子信息任務(wù)提供關(guān)鍵支撐。盡管自1993年QT方案提出以來，科學(xué)家在不同物理系統(tǒng)上都實(shí)現(xiàn)了QT的概念驗(yàn)證，并在傳輸距離、保真度等性能指標(biāo)上取得重要進(jìn)展，但QT技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。核心瓶頸在于量子糾纏的產(chǎn)生與維持。相比經(jīng)典信息，量子態(tài)對(duì)環(huán)境噪聲極其敏感，量子糾纏的產(chǎn)生和分發(fā)過程易受退相干效應(yīng)影響，導(dǎo)致遠(yuǎn)距離傳輸?shù)谋Ｕ娑群统晒β蚀蠓档?。同時(shí)，大尺度量子存儲(chǔ)器的缺失也制約了QT如何在噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程糾纏的高效制備、高保真分發(fā)與存儲(chǔ)，QT技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。QTQT技術(shù)是量子中繼器實(shí)現(xiàn)的核心，與量子存儲(chǔ)、量子糾錯(cuò)等前沿領(lǐng)域高度關(guān)聯(lián)。QT過程需要借助額外的量子比特作為輔助，通過局域操作和經(jīng)典通信（LOCC），將待傳送量子態(tài)的信息編碼到預(yù)先分發(fā)的量子糾纏態(tài)上，并將其“隱形”傳送至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。因此，QT技術(shù)與量子存儲(chǔ)、量子糾錯(cuò)碼、容錯(cuò)量子計(jì)算等量子信息科學(xué)前沿密切相關(guān)。目前，以QT為核心的量子中繼器已成為構(gòu)建遠(yuǎn)距離量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)方案。通過級(jí)聯(lián)多個(gè)量子中繼節(jié)點(diǎn)，可突破QKD技術(shù)的傳輸距離瓶頸，實(shí)現(xiàn)更大尺度范圍內(nèi)的安全通信。同時(shí)，基于QT的量子中繼方案無需可信中繼，能實(shí)現(xiàn)端到端的無條件安全。近年來，以超導(dǎo)量子比特、NV色心、冷原子等為平臺(tái)的量子中繼原型研制也取得重要進(jìn)展。但受限于量子糾錯(cuò)性能，其集成規(guī)模與穩(wěn)定性尚

不足以支撐實(shí)用化應(yīng)用。未來，隨著容錯(cuò)量子計(jì)算等使能技術(shù)的突破，QT有望成為構(gòu)建廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要支柱。圍繞圍繞QT技術(shù)持續(xù)開展基礎(chǔ)研究，為未來量子信息網(wǎng)絡(luò)打好基礎(chǔ)。QT涉及量子力學(xué)最本質(zhì)的特性，是檢驗(yàn)量子力學(xué)基本原理的重要平臺(tái)。圍繞QT協(xié)議優(yōu)化、糾纏態(tài)制備與表征、噪聲抑制等方面持續(xù)開展基礎(chǔ)研究，對(duì)于深化對(duì)量子力學(xué)本質(zhì)的認(rèn)知具有重要科學(xué)意義。同時(shí)，QT也是未來構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的核心使能技術(shù)。當(dāng)前，各國均在加大QT領(lǐng)域基礎(chǔ)研究投入，力圖在量子互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代占得先機(jī)。未來，應(yīng)在量子通信發(fā)展戰(zhàn)略中充分考慮QT的重要地位，加大支持力度，鼓勵(lì)原始創(chuàng)新，著力攻克QT技術(shù)的核心科學(xué)問題，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，引領(lǐng)QT技術(shù)發(fā)展潮流，為構(gòu)建安全高效的量子信息網(wǎng)絡(luò)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。5、量子信息網(wǎng)絡(luò)量子息網(wǎng)絡(luò)是量子通、量子計(jì)算等量子信息技術(shù)的集大成工程。量子信息網(wǎng)絡(luò)不僅能夠提供經(jīng)典通信無法比擬的安全性、隱私性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)量子計(jì)算、量子精密測(cè)量等全新功能。在量子信息網(wǎng)絡(luò)中，量子通信技術(shù)（如QKD、量子隱形傳態(tài)、量子密鑰中繼等）將實(shí)現(xiàn)高安全信息傳輸，量子計(jì)算技術(shù)（如量子云服務(wù)等）將賦能計(jì)算密集型應(yīng)用，量子傳感技術(shù)（如量子雷達(dá)、量子精密授時(shí)等）將開啟前所未有的感知維度?？梢灶A(yù)見，量子信息網(wǎng)絡(luò)將引領(lǐng)新一輪信息技術(shù)變革，深刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)生活。量子信息網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)攻關(guān)和場(chǎng)景應(yīng)用探索是關(guān)鍵著力點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，如何設(shè)計(jì)可擴(kuò)展、高效、智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支撐多種量子信息服務(wù)是關(guān)鍵科學(xué)問題。在核心器件方面，高性能量子芯片、高速光電轉(zhuǎn)換、大容量量子存儲(chǔ)等核心器件亟待突破，以支撐網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的靈活調(diào)度。在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)方面，需加快制定網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層的量子通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，研究多種量子信息服務(wù)的互通機(jī)制。在安全評(píng)測(cè)方面，如何建立量子網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估理論和檢測(cè)技術(shù)，是保障網(wǎng)絡(luò)長期安全運(yùn)行的重大課題。在融合創(chuàng)

新方面，如何促進(jìn)量子信息技術(shù)與6G/7G、人工智能等技術(shù)的深度融合，形成協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)，也是重要方向。二、趨勢(shì)研判（一）量子通信賦能更多應(yīng)用場(chǎng)景量子通信技術(shù)以其卓越的信息傳輸安全性，已經(jīng)在許多對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全有著極高要求的行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，包括國防、政府網(wǎng)絡(luò)、金融行業(yè)以及電力行業(yè)等，為這些關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施提供了堅(jiān)實(shí)的安全QKD技術(shù)的不斷成熟，以及相關(guān)終端設(shè)備的小型化和便攜化，QKD的應(yīng)用范圍有望進(jìn)一步擴(kuò)展至量子即服務(wù)（QaaS）、區(qū)塊鏈技術(shù)、無人機(jī)通信、電信網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人及家庭網(wǎng)絡(luò)以及云存儲(chǔ)服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)而觸及更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。它不僅可擴(kuò)展到電信網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)專網(wǎng)等場(chǎng)景，也可進(jìn)入家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)用戶信息和數(shù)據(jù)隱私。通過與云計(jì)算技術(shù)的深度融合，量子通信能夠成為云服務(wù)的安全傳輸通道，為云平臺(tái)上存儲(chǔ)的大量敏感數(shù)據(jù)提供保護(hù)。展望未來，量子通信預(yù)計(jì)將進(jìn)一步連接更多的應(yīng)用入口，讓更廣泛的行業(yè)和用戶群體享受到其帶來的安全優(yōu)勢(shì)，從而促進(jìn)整個(gè)社會(huì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)和發(fā)展。（二）標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，為行業(yè)發(fā)展“保駕護(hù)航”量子保密通信技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用正不斷推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。目前，多個(gè)國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電工委員會(huì)（IEC）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）、中國通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（CCSA）以及密碼行業(yè)技術(shù)標(biāo)（CSTC），都在積極開展量子通信的標(biāo)準(zhǔn)化研究，并已取量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將借助量子中繼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多用戶間遠(yuǎn)距離的量子糾纏共享。這一共享將為QKD提供基礎(chǔ)，進(jìn)而推動(dòng)量子安全應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。在量子中繼技術(shù)完全成熟之QKD鏈路與傳統(tǒng)的可信中繼技術(shù)相結(jié)合，是構(gòu)建廣域可擴(kuò)展QKD光纖網(wǎng)絡(luò)的有效途徑。中國正積極推動(dòng)包括量子信息在內(nèi)的

新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)QKD相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)發(fā)布。（三）QKD科研活躍，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能獲進(jìn)一步提升在傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)QKD系統(tǒng)中，由于光纖鏈路的固有損耗，密鑰生成速率與傳輸效率呈線性關(guān)系，限制無中繼情況下光纖傳輸?shù)淖畲缶?00系統(tǒng)中接收端的探測(cè)器可能存在不理想的特性，導(dǎo)致側(cè)信道安全漏洞，成為系統(tǒng)安全性的一個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn)。近年來，以雙場(chǎng)（TF）量子密鑰分發(fā)為代表的新型協(xié)議，由于成功消除探測(cè)器端的所有側(cè)信道安全漏洞。這種架構(gòu)不僅提高系統(tǒng)的安全性，而且將理論密鑰生成速率與傳輸效率的平方根相關(guān)聯(lián)，從而PLOB界限，提高量子信道的密鑰容量。因此，TF-QKD協(xié)議被廣泛認(rèn)為是下一代遠(yuǎn)距離、高安全性QKD技術(shù)的有力候選方案。（四）量子保密通信與PQC有望形成融合應(yīng)用方案鑒于敏感信息長期存儲(chǔ)可能面臨的“先存儲(chǔ)后破解”的潛在風(fēng)險(xiǎn)，以及現(xiàn)有信息系統(tǒng)公鑰密碼體系升級(jí)所需的時(shí)間，全球各國在量子信息技術(shù)的應(yīng)用和風(fēng)險(xiǎn)管理方面，正積極應(yīng)對(duì)量子計(jì)算帶來的信息安全威脅。目前，QKD是全球普遍采用的解決方案。盡管QKD的部署已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但由于缺乏具有明顯優(yōu)勢(shì)和明確定義的應(yīng)用場(chǎng)景，技術(shù)差距依然存在，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛采用。實(shí)際上，QKD并不是應(yīng)對(duì)量子計(jì)算威脅的唯一方法。全球信息安全管理機(jī)構(gòu)和密碼學(xué)界正致力于升級(jí)現(xiàn)有的公鑰加密體系，以形成能夠抵抗量子計(jì)算破解的加密算法和體系，即抗量子計(jì)算破解加密（PQC）。算法不依賴于專用硬件，能夠通過身份驗(yàn)證共享密鑰，從而有效避免中間人攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。此外，已有研究團(tuán)隊(duì)對(duì)“PQC+QKD”融合方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。隨著NIST等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在PQC標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作不斷推進(jìn)，以及PQC方案的逐步成熟，PQC及其與QKD融合的方案有望成為應(yīng)對(duì)量子計(jì)算威脅的有效選擇，為通信提供保密性服務(wù)。

然而，PQC目前尚未具備立即商業(yè)化的條件，從傳統(tǒng)密碼向抗量子密碼的過渡仍然面臨挑戰(zhàn)。（五）量子信息網(wǎng)絡(luò)持續(xù)研究，使能技術(shù)有待突破高效地制備和分配量子糾纏資源對(duì)于建立量子信息網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，目前的技術(shù)手段在糾纏產(chǎn)生率和保真度等關(guān)鍵指標(biāo)上仍有待進(jìn)一步提高。此外，發(fā)展對(duì)高維量子糾纏的操控能力，是增強(qiáng)量子信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建潛力的關(guān)鍵途徑。量子態(tài)信息的存儲(chǔ)和中繼技術(shù)，構(gòu)成了量子信息網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)支撐。近期，以冷原子氣體、固態(tài)摻雜晶體和全光子簇態(tài)為基礎(chǔ)的量子存儲(chǔ)技術(shù)及其實(shí)驗(yàn)研究取得了持續(xù)進(jìn)展，盡管在存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間、帶寬和讀取效率等指標(biāo)上尚未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，但科研工作仍在積極進(jìn)行中。實(shí)現(xiàn)光量子比特與物質(zhì)量子比特之間的量子態(tài)轉(zhuǎn)換，是構(gòu)建量子信息網(wǎng)絡(luò)物理接口的核心技術(shù)。設(shè)計(jì)不同類型、能級(jí)和編碼自由度的量子比特之間的轉(zhuǎn)換機(jī)制，是一個(gè)當(dāng)前仍在積極探索中的科學(xué)問題。同時(shí)，量子信息網(wǎng)絡(luò)的傳輸和組網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究以及初步的應(yīng)用探索也在穩(wěn)步推進(jìn)。（六）無中繼光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)前景可期在量子中繼器的研發(fā)進(jìn)程中，科學(xué)家們也在積極探索無中繼光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)的可能性。2023年5月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉和張強(qiáng)教授，聯(lián)合清華大學(xué)的王向斌教授、濟(jì)南量子技術(shù)研究院的劉洋研究員，以及中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的尤立星和張偉君研究員，通過創(chuàng)新技術(shù)如低串?dāng)_相位參考信號(hào)控制和極低噪聲單光子探測(cè)器，成功實(shí)現(xiàn)了1002公里的光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子密鑰分發(fā)，達(dá)到了每秒0.0034比特的成碼率，刷新了無中繼光纖量子密鑰分發(fā)的世界紀(jì)錄。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在極遠(yuǎn)距離傳輸中雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)方案的實(shí)用性，表明了該協(xié)議在城際光纖網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效率量子密鑰分發(fā)的潛力，為構(gòu)建城際量子通信的高速主干鏈路提供了有