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量子通信——未来的通信方式

2018-06-07 11:04:00 | 来源:维科网 | 编辑:丁美莉
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  近年来,网络安全问题日益突出,传统保密通信技术面临巨大挑战。量子通信因其“无条件的安全性”受到广泛关注。经过近十年的发展,量子通信技术正从实验室演示步入产业应用,并快速发展。

  量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信是一门新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新研究领域。与经典通信相比,量子通信具有无条件安全性、较强的抗干扰能力和传输能力、传输效率极高等强大优势。

  量子计算技术是最前沿的技术研发领域。2013年,中国科学技术大学潘建伟教授主持的量子隐形传态研究项目,测出量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。近日,科学家已经证明量子通信的另一种可能性:同一个光子可以同时作为信息的发送者和接收者。这一点也是以前未知的,新的发现将在量子通信领域产生更大的影响。量子通信背后的运作机制虽仍在研究中,但我们已经能勾勒出它即将带来的更高效、更安全的未来。

  一、量子通信发展现状

  (一)量子通信引世界多国竞相布局

  量子通信在军事、国防、金融等关键领域有着重大的应用价值和前景,不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信,还可用于涉及秘密数据或票据的银行、证券、保险、政府、电信、工商、地税、财政等领域和部门。随着技术成熟,未来市场容量很大。近年来,世界多国量子通信研究与应用的政策支持与项目布局全面展开,竞争态势日益明显。

  美国通过“量子信息科学和技术发展规划”等项目,持续支持量子通信和量子计算等前沿研究和应用,每年的研究经费投入达2亿美元。

  日本成立量子信息和通信研究促进会,计划十年内投资400亿日元,支持量子通信和计算等领域的研发攻关。

  欧盟公布“量子宣言”,投资10亿欧元,支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广。

  英国发布“国家量子技术计划”,投资2.7亿英镑支持量子通信、传感、成像和计算四大研发中心。

  韩国政府宣布投资电信运营商SKT开始分阶段建设覆盖全境的量子通信网络,并逐步在政府和商业网络中采用量子加密技术。

  我国在2016年发布的“十三五”规划纲要中提出着力构建量子通信和泛在安全物联网,并在多项科技与信息产业规划中将量子通信列为战略性新兴产业。同年,科技部设立“量子调控与量子信息”重点专项,部署量子通信和计算等领域的战略性前沿研究。

  (二)我国量子通信技术快速发展

  从全球来看,我国量子通信技术研发领先世界。2016年8月16日,中国自主研制的世界首颗量子卫星“墨子号”的成功发射,赢得巨大国际声誉,这标志着我国站在量子通信创新之巅,我国在量子通信领域的研究在国际上已经达到全面领先的优势地位。2017年9月29日,世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通,结合“墨子号”卫星,我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。这标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网络雏形。

  随着近年来试点应用和网络建设项目的推进,我国量子保密通信产业形成了集技术研究、系统集成、建设运维和安全应用等相应的产业链。进入2017年以来,我国基于建设的量子通信干线,开展了量子密钥分发的具体应用,推动了干线规模的进一步扩展,开展了一些城域网的建设和应用。市场化运营的量子通信项目和真正针对市场化运作的企业开始出现。国外一些顶尖企业,也加快了和中国量子通信企业的合作。在量子通信输出技术和量子产业布局上,我国企业发展动力强劲,产业运营也比较好,处于领先地位。此外,我国量子通信A股企业也在不断增加,各企业侧重点有所不同,但整体表明,我国量子产业配套基础和相关技术商业化具备优势。

  2017年6月,中国通信标准化协会量子通信与信息技术特设任务组成立,下设量子通信工作组和量子信息处理两个工作组,包含36家会员单位。后续将有力支撑我国量子通信技术及产业应用的健康发展。未来,随着一批量子通信重大项目落地,国家对量子通信投入力度将明显加大。赛智时代分析师认为,从局域网、广域网到空间国际网络的全面铺开,量子通信市场空间将有望达到近千亿级别。

  二、量子通信未来发展趋势

  基于产业创新创投数据平台的数据分析,赛智时代分析师认为量子通信未来发展呈现三大趋势:

  (一)从专网到公网,量子通信走向规模化应用

  量子通信技术是解决网络传输信息安全的根本性手段,具有重大的经济社会价值。未来随着量子通信成本的降低,量子通信将逐步从国家军事战略应用向全民产业化应用渗透。

  (二)量子通信与经典通信融合应用将是未来的技术主流

  量子密钥技术使得量子通信具有极强的保密性,量子保密将逐步替代传统加密方式,但由于量子不可测,量子态不能完成复制,量子通信需要依赖经典信道传递量子信息以外的经典信息,所以量子通信在未来的一段时间内不会完全替代经典通信,而是在现有的技术上将两者进行融合互补。

  (三)量子通信将辐射带动相关产业

  量子通信城域网的加快建设将进一步推动我国的量子通信网络运营,量子通信的应用领域将会不断拓展。各级政府、产业界已加强对量子通信网络建设的支持,量子通信产业链将迎来协同发展的新机遇。这不但会让传统的信息产业发生颠覆式改变,还会推动信息产业包括计算机产业、人工智能业、软件业、卫星通信业等更加高效产出、安全保密。

  三、量子通信发展的建议

  赛智时代分析师提出发展量子通信的三点建议:

  (一)加大创新要素投入,领跑国际量子通信行业。

  我国应继续保持量子通信相关研究的大力投入,重视量子通信理论、方法及相关器件的研究。进一步提高系统稳定性和可靠性,解决量子通信设备的小型化和轻量化问题,使最新量子通信研究成果在实际系统中及时转化和应用,以保持我国在量子通信研究上的持续领先优势。

  (二)以需求为导向,分领域、分阶段推进量子通信产业应用。

  紧密围绕市场需求,开发出成本更低廉、使用更便捷的产品,在解决目前重要部门通信安全的急需后逐步向广阔的民用市场进军,并且分阶段开展量子通信产业化的战略布局和示范推广应用。

  (三)加大政策支持,推动产业链协同创新。

  在资金方面,国家应通过科学研究基金、重大科技专项和试点应用工程等多种形式,从长期战略高度推动量子通信基础科研、技术攻关、设备研制和产业应用等工作。在知识产权方面,注重相关技术和产品的专利申请及标准制定,推动量子通信整体架构、性能指标、安全技术要求及测试评价技术等方面的标准化研究。促进产业链协同创新,在关键技术方面获得突破,建立行业竞争优势。

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