量子通信何时能实现大规模应用
量子通信何时能实现大规模应用
近期，我国科研团队在国际舞台上首次完成了量子微纳卫星与便携式地面站间的实时星地量子密钥分发任务。这一壮举在中国与南非的地面站，相距12900多公里的遥远距离上，成功搭建了量子密钥。此外，该团队还展示了图片“一次一密”的加密传输技术。这一突破性成果不仅标志着全球量子保密通信网络技术迈向了可行性验证的重要阶段，还在《自然》杂志发表后，引发了业内对于量子通信未来发展趋势的广泛讨论和展望。量子通信要实现大规模商用，距离我们日常生活的应用还有多长的路要走呢？我作为见证并推动量子信息产业从无到有的关键人物，接下来将重点从基础技术的突破、网络基础设施的建设、以及行业应用的规范化等多个角度进行深入探讨。
量子通信需要走进日常生活
在探讨量子通信何时能够实现广泛运用之前，我们应当先审视一个关键问题：为何它必须融入我们的日常生活？伴随信息技术的进步，社会生产力持续增强，人们的生活方式不断演变，信息社会的内涵也在不断深化。物联网等技术的应用正逐步扩大信息收集的领域，信息处理的集中规模和相互关联的模式也在持续增加。在不久的将来，智能系统或许能够依据个体的生理状况、居住环境、遗传信息、医疗档案以及消费模式，自动规划其饮食、衣着、居住和出行；同时，生产系统亦能辅助绘制设计图，远程操控工厂进行生产，并借助无人机完成商品的配送。但值得注意的是，这些技术的应用必须建立在安全与可控的基础之上，否则它们可能会变成双刃剑。随着信息应用在生产和生活中的深入融合，我们迫切需要一种前所未有的、更为坚固的安全防护系统，而量子通信技术则是构建这样一套安全体系不可或缺的核心力量。
量子通信在信息采集环节提供传输安全保障，在信息处理阶段确保存储安全开元ky888棋牌官网版，而在信息应用层面实施访问保护。其在部署形态上实现了从个人终端到应用系统，再到基础设施的全覆盖。同时，在管理调度方面，量子通信能够适应动态——包括长期与定点——以及跨域等多种机制。为了达成所述的安全水平，量子通信技术必须拥有体积小巧的设备，便于在生产和生活的第一线进行部署，从而能够近距离保障信息源头的发送与接收端的安全；还需构建一个全国范围覆盖、跨区域连接、带宽宽裕的量子网络，以满足随时随地接入和充足密钥供应的需求；并且要设立符合标准规范的应用服务与管理系统，确保在各项业务中密钥的调度与更新、数据的安全分级等操作能够有序开展。只有当这些设施能够在较低的成本下得以实现，我们才能迎来真正意义上的泛在化和普惠性的量子通信时代。
从可用到好用，走向大规模应用的创新密码
超万公里星地量子通信的成就被视为全球量子保密通信网络技术可行性得到验证的重要里程碑，这主要是因为我国在此之前已经实现了其他具有里程碑意义的突破。我国量子保密通信项目“京沪干线”以及“墨子号”量子科学实验卫星，成功实现了天地一体的通信；我国科研人员依托双场协议技术，实现了千里光纤的无中继量子密钥分发；此外，利用2.5GHz调制频率的芯片以及多通道超导探测系统，我们实现了每秒100Mb带宽的量子密钥分发，创造了多项世界纪录。这些成就揭示了“天地合一”“千里之遥”“百兆级带宽”“芯片”等核心技术的重大突破，而今亦见证了“万公里级”“微纳卫星”“小型地面站”的成功应用。当距离、速度以及小型化均已实现，距离我们的最终目标，究竟还需哪股“助力”呢？
答案在于进一步的技术革新与优化。目前，量子通信系统主要是由科研工作者细致调整和精心搭建的高精尖科学实验平台，尽管技术领先，但在稳定性、可靠性以及整合度等方面，与工程化、实用化目标相比，还存在不小的差距。在具体应用层面，量子通信设备主要局限于机房内安装，而卫星通信则仅能支持一个地面站的接入，难以满足用户随时随地进行接入的实际需求。相关试验系统的费用以及设备价格都相对较高。鉴于此，未来我们应致力于将量子通信所需的各种部件研发成自主掌握、性能卓越、能够大规模生产的集成电路芯片。通过拓展集成电路芯片的功能，或者优化芯片制造工艺与设计相匹配的方案，可以显著提高量子设备的实用性并大幅削减成本，进而实现技术与应用间的正向互动。
滚动式网络建设，构建大规模应用的现实基础
技术创新是推动量子通信广泛应用的先决条件开元ky888棋牌官方版，而要使这一技术真正落地，规模化网络的建设便成为了关键的现实支撑。为了确保用户能够随时随地接入，并保证充足的密钥供应，我们亟需构建一个全国范围内覆盖、跨区域互联互通、且具备高带宽性能的量子通信网络。我国已构建起约12000公里的量子保密通信主干网络，该网络覆盖了粤港澳、京津冀、长三角、成渝等关键区域；此外，还拥有多个城域网络，其中合肥量子城域网规模最为庞大，已为市区两级超过500家党政机关提供服务；并且，还有两颗量子卫星正在轨道上运行。未来需要继续加强城市网络的建设、拓宽核心网络的范围，以及增加用户接入的数量；对现有的网络进行扩容和升级，确保在用户数量大幅增加后，带宽需求得到满足；同时，还要打造量子卫星星座，全天候为偏远地区以及无法接入光纤的移动平台等场景提供保障。
这表明，凭借低成本且高可靠性的设备辅助，我们能够逐步推动量子网络的构建；这一进程首先需确保关键信息基础设施的安全，进而拓展至生产生活的各个方面，最终实现量子安全保障的普遍性和惠及性。在此过程中，攻克关键网络技术并开展试验同样至关重要。“量子与经典共纤传输技术”这一先进技术能够有效节省光纤资源；移动应用技术的拓展使得“最后一公里”的应用变得更加灵活；而异构组网技术则有助于实现不同服务区域、管控层级以及设备规格之间的网络互联互通。
运营商在此过程中扮演着核心角色。目前，中国电信已率先在业务需求的基础上，挑选了15个关键城市来推进量子城域网的建设工作。同时，还需加紧推进“量子星座”的建设进程。为此，一方面需攻克星间或高轨量子通信的远距离传输难题，另一方面还要解决白天量子通信中产生的噪声等关键技术挑战。此外，如果量子卫星的研发与发射能够与北斗导航卫星、高分辨率遥感卫星以及气象卫星等其它航天项目实现协同推进，那么将显著降低成本投入开yunapp体育官网入口下载手机版，并有效提升工程建设效率。
标准化发展，夯实大规模应用的安全底座
要实现量子通信的大规模应用，我们亟需建立健全符合标准的应用服务管理系统。这样的系统将确保在各项业务中，密钥的调度和更新、数据的分级保护等关键环节能够得到严格的控制和有序的执行。目前，量子通信行业已经推出了包括网络架构、设备与器件等多个层面的通信行业标准。鉴于密码技术标准需确保万无一失，目前只有I类量子设备的技术规范被纳入了密码行业的规范体系。为了在大规模协同环境中构建安全的密码系统并提供服务保障，未来必须研究和制定既简单易控、又能充分适应技术进步和多样化应用需求的标准。可借鉴过往在传统密码基础设施方面构建的标准体系，广泛携手设备制造商、网络服务提供商及用户单位，在密码标准委员会的引领下，协同推进量子密码基础设施标准框架的研制。同时，设立攻防演练场与评估系统，对量子安全系统及其规范进行全面检验，确保量子安全技术从理论到工程再到应用的闭环严密。
我国在量子通信领域实现了众多引人注目的突破，实现了从追赶者到领跑者的重大转变。这些创新技术及产业优势，为大规模实用化目标的实现奠定了坚实基础。未来，我们仍需以芯片技术为核心，整合多项基础能力，同步推进技术进步和需求分析，持续滚动发展网络，构建量子密码基础设施的标准体系。
路线图与任务规划已经大致明确。展望未来，随着国家“量子技术发展战略”以及“未来产业新赛道”等相关规划的推动，将有更多力量投身其中。在产学研用管各方的共同努力下，我国有望在日益激烈的量子通信国际竞争中持续巩固并拓展领先地位，让量子通信成为我国科技强国之路上一张璀璨的标识。
（作者系安徽省量子信息工程技术研究中心主任）
