2022年2022年量子通信行业研究 .pdf

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1、量子通信行业研究一、行业背景1.量子通信理论概述量子通信是利用量子相干叠加、量子纠缠效应等特点进行信息传递的一种新型通信技术，是量子论和信息论相结合的新型交叉学科。按照所使用的信道不同，量子通信主要分为两种：广义的量子隐形传送与狭义的量子密码通信。广义的量子通信指的是量子隐形传送（Quantum Teleportation），其利用量子纠缠态的特性，通过将 某个粒子的未知量子态 传送到另一个地方来实现信息传递。通信过程中传输的只是表达量子信息的“状态”，并不传输作为信息载体的量子本身。即把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1

2、页，共 14 页 -狭义量子通信通常是指量子密码通信（Quantum Key Distribution），即利用量子状态来作为信息加密和解密的密钥。量子密钥分配以量子态为信息载体，基于量子力学的测不准原理和量子不可克隆定理，通过量子信道使通信收发双方共享密钥，是密码学与量子力学相结合的产物。QKD 技术在通信中并不传输密文，只是利用量子信道传输密钥，将密钥分配到通信双方。量子通信系统的基本组成包括量子信源，量子信道和量子信宿三个主要部分。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -量子信源产生消息并发送出去；量子调制将原始消息转换成量子态形式，产生量子信号；量子信

3、宿是消息的接收者，量子解调将量子态的消息恢复成原始消息；其余都属于量子信道范畴。另外通常还有辅助信道，是指除了传输信道以外的附加信道，如经典信道，主要用于密钥协商等。目前量子通信主要指量子密码通信，其总体方案是尽量采用现有光纤量子通信线路，在其上面添加核心量子设备，建立 QKD 中心。网络部分应当分为量子通信网与经典通信网两种网络独立建设，两者通过QKD 终端连接，最终生成密钥,通过该终端输出至经典通信网。所用技术主要是基于弱相干激光的单光子协议，其中 BB84 协议是目前实际采用的量子通信技术。而远程量子通信的最终实现将依赖于量子中继：在空间建立许多站点，以量子纠缠分发技术先在各相邻站点间建

4、立共享纠缠对，以量子存储技术将纠缠对储存，采用远距离自由空间传输技术实现量子纠缠转换，即增长量子纠缠对的空间分隔距离。2.量子通信市场前景名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -量子通信不仅安全性突出，并且较之传统通信更加高效，有望对传统的通信手段进行替代。不仅可用于军事、国防安全，还可用于涉及秘密数据、票据，以及政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等国民经济各个领域和部门。在国防和军事领域通讯：量子通信用于构建作战区域内机动的安全军事通信网络；改进军用光网信息传输保密性，提高信息保护和信息对抗能力；为远洋深海安全通信开辟了崭新途径；利用量子隐形传态

5、以及量子通信绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的军事信息网络。在国民经济领域的监控：量子通信未来可用于对银行、证券等金融机构的监督及对电网、煤气管网和自来水管网等重要基础设施的监视，促进国民经济的发展。远程保密会议及跨域互联应用：在未来计划构建以全球化的广域量子通信网络作为技术验证平台和基础网络设施，开展远程高清量子保密视频会议系统和其他多媒体跨域互联应用研究实现多项应用示范。比如可以将其运用到云计算领域，所有计算机发出请求后请求都能被瞬间传送到云计算核心区，完成计算后数据又能在瞬间被传输至发出请求的计算机。“十三五”期间量子通信规划：未

6、来 5 年国家重点战略项目、量子通信干线今年下半年建成、量子试验卫星 7 月发射升空，国家政策的利好和工程的推进预示着量子通信行业要向前跨越一大步。预计 2016 年国家的投入会加大，通信板块也有不少公司早已开始布局量子通信，加大研发力度，行业产业链将越发成熟，市场空间广阔。根据中投顾问中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告，基于信息安全性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -需求、技术发展进度和市场推广速度，从专网、公众网、云安全及特殊应用领域等几个方面进行市场规模的测算：专网：市场总规模预计到 2017 年将达到 180 亿左右，按照届时 20-25

7、%的专网采用量子通信，专网领域量子通信的市场规模在 35-45 亿元。公众网：以覆盖和渗透到公众网、尤其是运营商的网络为主，按照其每年总投资 3500 亿、其中传送网相关投资 1200 亿元，按照 3-5 年内量子通信渗透率 4-5%测算，公众网领域量子通信的市场规模在 50-60 亿元。云安全及特殊领域：随着云计算、IDC/CDN 等的飞速发展，按照 Gartner 的估算，2017 年全球云安全市场规模有望达到 240 亿元（41 亿美元），5 年内，量子通信在国内云安全领域的市场规模预计在 10 亿元。特殊应用领域，在十三五规划指引的带动下，预计将会加速应用至空、天及其他领域，市场规模预

8、计在 10-20 亿元。总之，未来 3-5 年内，量子通信市场规模有望达到 100-130 亿。预计短期催化剂主要包括：十三五规划等政策层面的推动、政务和军事专网的信息安全需求加强、高校等科研机构的产业化动力增强、量子通信技术在公众通信网的现网测试和小范围应用。长期市场规模：到 2025 年，预计专网市场规模达到 500 亿，量子通信渗透率60%；预计公网市场年投资达到 2000 亿，量子通信渗透率 30%；预计云安全及特殊领域的规模达到 500 亿，量子通信渗透率 60%；合计市场规模 1200 亿，达到千亿级。二、行业发展现状近年来，网络信息安全问题日益增多，而传统保密通信技术也正面临安全

9、性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -挑战。量子通信因其无条件的安全性广受关注。在中国科学院、科技部、自然科学基金委等部门以及有关国防部门的大力支持下，我国科学家在发展实用量子通信技术和实现产业化应用方面开展了系统性的深入研究，并取得了一系列重要进展，产业化研发及应用水平居于世界领先地位。2015 年，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015 年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。英国物理学会（Institute of Physics）新闻网站物理世界（Physics World）将其评

10、为“年度突破”。2015 年 10 月，浙江神州量子计划建设国内首条量子通信商用干线“杭沪量子商用干线”，投资金额 1.7 亿元，建成后有望实现沪杭区域内通信数据的绝密传输；在通信干线方面，我国预计在 2016 年底前后建成世界最远距离的光纤量子通信干线京沪线；在城域网方面，我国已完成合肥、济南两个量子通信城域网的建设；此外，我国有望领先于欧美于2016 年 7 月发射首颗量子科学实验卫星。现阶段我国量子通信商业化应用已形成产业链，主要包含元器件、设备、建设运维、运营应用四个环节。对于量子通信产业上游，主要是器件供应商。量子通信所使用的元器件、光纤等器件，与传统通信所使用的没有特别大的差异，理

11、论上不会对器件供应商造成太大影响。但是，量子通信的一些核心器件，如单光子探测器，仍主要依赖于进口，目前近距离设备国产可大致代替进口，但是百公里（长距离）设备预计还需一年或者更长时间来实现进口替代。这与信息安全的自主可控还有一定差距，给相关公司带来巨大商机，中国电科集团旗下部分研究所已经开始产业化进程，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -预计将有更多公司进入该领域。另外，还有很多器件没有实现专用化，目前量子通信中的设备器件大多是从现有网络挪过来用，缺乏大规模的专用器件生产，该领域内的公司目前也在积极布局专用器件生产。对于量子通信产业链中游，主要是核心设备制造

12、。主要技术包括量子制备、存储、交换，同时量子通信还需要以传统的通讯设备为基础。量子设备与解决方案提供环节是整个量子通信产业链的核心环节。量子设备主要包括量子网关和量子交换机。量子网关是当前量子通信技术的最核心设备，具有量子密钥分发与管理、数据加解密等功能。量子交换机是量子网络中实现量子信道共享的关键设备，位于网络拓扑的汇聚节点，集中管理网络信道资源。国内主要是科大国盾、问天量子掌握量子通信的核心技术，研发量子通信核心设备，推动产业的发展。全球主要的量子设备与解决 方案 提供商 包括中 国 的科 大国盾、问天 量子、瑞士IDQuantique和美国的 MagiQ 四家公司。另外包括网络建设和运营

13、维护。随着更多城市、城际干线启动，将引入更多商业化运作，带动量子通信网络建设和运营需求；量子通信需要在现有的光通信网络中添加相关设备，开辟单独的通道以确保信号的稳定性，还需要进行设备调试等，通常由网络建设和系统集成商承担这些任务。对于量子通信产业链下游，主要是网络运营及专网应用。具体面向国防、金融、政务的行业应用，将进一步拓宽专网市场容量。三、我国量子通信生态环境逐渐完善我国量子通信产业不同环节的参与者竞争情况不同，提供的服务内容也有所名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -差异。总体生态环境逐步完善丰富。上游元器件供应商主要有 光纤供应商和激光器供应商。量子

14、通信所需光纤与传统通信没有特别大的差异，预计不会对光纤供应商造成太大影响。主要的光纤供应商有中天科技和烽火通信。中天科技产品用于中科大上海研究院的300 公里超长距离量子通信安全密钥分发实验项目；烽火通信是中国光通讯大厂，市场地位明确且产业趋势正确。激光器供应商主要有华工科技和福晶科技。华工科技子公司华工正源的首席科学家王肇中教授正在研制的量子点激光器，正是服务于量子通信系统；福晶科技的激光晶体材料领域全球领先，是量子通信中不可缺少的产业环节。中游核心设备制造商主要有国盾量子和安徽问天。科大国盾量子 拥有中国最多的量子通信领域技术专利，自主研发的系列化产品涵盖量子通信网络设备、终端设名师资料总

15、结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -备、核心器件、科学仪器，以及系统性的管控和应用软件等，并提供信息安全整体解决方案。安徽问天 自主研发的系列化产品涵盖量子密码通信终端设备、网络交换/路由设备、核心光电子器件、开放式实验系统、科学仪器以及网络化安全管控和应用软件等，并提供量子信息安全系统整体解决方案。中游解决方案供应商&系统集成供应商：主要有神州信息、阿里巴巴等。其中神州信息子公司中标量子通信京沪线室内联调系统，中标额度达亿元以上；阿里云量子加密通信产品已经正式发布。国盾量子的量子通信产品落地阿里云，标志着“云量子”作为基础设施与服务开始面向广泛的社会及行业应用。下

16、游量子通信网络运营及专网应用服务的主要/潜在参与方：主要包括国家信息中心中经云、皖能电力、中信国安、浙江东方以及四创电子等。中经云与安徽量子通讯合作，打造京沪干线量子加密通讯通道。中信国安联营企业参与潘建伟团队在合肥建成的世界上规模最大的46 节点量子通信试验网项目。浙江东方子公司主要从事浙江省内量子保密通信固网建设和运营业务。四、国内典型公司分析1.国盾量子国内最大的量子通信设备制造商国盾量子是中国第一家从事量子信息技术产业化的创新型企业，是中国最大的量子通信设备制造商和量子信息系统服务提供商，是全球广域量子通信网络化技术和商用服务的开拓者。原安徽量子通信技术有限公司，2009 年 5 月创

17、立，发源于中国科学技术大学，科大国盾量子拥有中国最多的量子通信领域技术专利，自主研发名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -的系列化产品涵盖量子通信网络设备、终端设备、核心器件、科学仪器，以及系统性的管控和应用软件等，并提供信息安全整体解决方案。在解决方案供应方面，公司主要提供量子通信安全解决方案和和量子加密视频会商系统。量子安全通信解决方案可提供量子安全的语音通话、传真、文件传输等基本业务。在量子网络终端设备（量子网关）中，集成了综合接入系统，支持电话、传真、IP 电话、多媒体终端等通信终端设备的接入。接入系统可转换各类标准协议，将解析后的数据传输到量子网关

18、进行处理，然后再进入传统 IP 网络中传输。这种方式既保证了通信双方的安全性，同时也利于在量子网络中接入多种标准应用系统。量子安全高清视屏会议系统：适用于用户有高安全性要求的视频会议业务。即在视频会议的终端搭建量子安全网络设备从而实现信息安全防护。中心平台是由专业服务器组成的一个可视通讯服务中心。各会商室终端与中平台通过专网连接。各会商室配置量子设备及高清可视会商前端，负责接收和发送图像；配备数字麦克风，实现声音采集；配备高清电视，图像显示到电视上；同时各办公室各配置可视会商终端，从而实现领导桌面会商、机要会谈。联合阿里云利用量子通信加密云计算安全。2015 年，公司与阿里云联合发布了量子加密

19、通信产品。通过在阿里云的网络环境中建立了多个量子安全传输域，实现了同城的数据中心互联组网，进而能够为客户提供安全数据传输服务。这是全球首个落地的云服务量子安全传输产品，将对全球量子技术研究和云计算发展具有里程碑意义。在现阶段，云服务和量子加密技术的结合是将这一昂贵的技术普遍的大规模应用于商业场景的重要途径，让整个量子技术革命带来的好处得到广泛应用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -2.安徽问天致力于量子信息产业化安徽问天是国内首家从事量子信息产业化的公司，由中国科学技术大学、芜湖建设投资有限公司共同发起成立。“问天量子”是中科大中科院量子信息重点实验室

20、郭光灿院士和韩正甫教授所带领的团队创办的，公司在合肥与中国科学院量子信息重点实验室建有联合实验室,承担着国家量子信息产业化的使命。公司目前的经营方向为量子密码通信系统、光电子器件与设备等。自主研发的系列化产品涵盖量子密码通信终端设备、网络交换/路由设备、核心光电子器件、开放式实验系统、科学仪器以及网络化安全管控和应用软件等，并提供量子信息安全系统整体解决方案。依托中科大做出一系列国内领先的研究成果。公司拥有点对点量子密码通信方案、量子密码通信组网技术、量子密码通信核心器件多项国际和国内专利，已经构建起量子密码通信核心技术自主知识产权的完整体系，处于国内领先地位。问天量子成功打造出国内最快、全球

21、第二的 2GHz 量子密钥分配终端、国内最远的260Km 量子密钥分发、以及规模最大的合肥芜湖广域量子密码通信网络等一系列处于世界先列的研究成果。携手华夏幸福，打造“下一代信息网络创新产业园”。2015 年 11 月，华夏幸福基业股份有限公司和安徽问天量子科技股份有限公司战略合作达成，二者将通过共建量子保密通信展示控制中心、举办量子保密通信高端研讨会等系列推进“产学研”深度合作，打造“下一代信息网络创新产业园”，推动区域经济高质量、可持续的发展。安徽问天将覆盖京津冀地区的信息安全网络，并辐射延伸至整个华北地区，构筑华北大数据和信息安全中心。同时，问天量子还将在园区推进院士工作站和省级工程技术中

22、心（或重点实验室）等产学研平台的搭建。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -3.科华恒盛致力于量子信息产业化中国 UPS（不间断电源）本土品牌的领军企业，从数据中心解决方案入手，以绿色数据中心为切入点，逐步开启全国 IDC（互联网数据中心）布局。公司借助自身在电源解决方案方面的经验进入IDC 数据中心产业有技术和成本优势：第一是IDC 数据中心越来越朝着规模化和集约化的方向发展，数据中心和机房产品的精细化管理对 UPS 整体解决方案提出更高的要求，而高端大功率 UPS 正是公司的技术优势所在。数据中心的成本主要包括建设成本和运营成本，在建设过程中，电力设备

23、是除去服务器以外最大的硬件投资，其包含存储设备、机房空调设备、UPS、机柜等；而在运营成本中，根据 IBM 的统计，电力成本更是占到了 50%以上。公司作为国内领先的电力设备提供商，在数据中心的建设和运维方案领域更具成本优势。参股中经云，实现量子通信布局第一步。中经云就安全网络与安徽量子通信合作，将数据中心与量子通信结合实现数据的安全传输与存储，科华有望间接获益。大数据时代下，信息的存储和传输面临着安全隐患，中经云与安徽量子通信合作提出基于量子通信的高可靠性数据传输网络，利用光存储技术和量子通讯技加密术解决了数据传输和数据存储过程中数据被窃取、监听、篡改的信息安全隐患。该项目结合经典对称加密来

24、保障密钥分发的安全，实现 Gbps 以上的通信速率，并将密钥更新速率提高，保证了高可信度信息安全。随着项目建设运营的不断推进，公司有望间接获益。携手量子通信核心企业科大国盾量子拓展应用，打造高安全IDC/云计算业务。科大国盾量子发源于中科大，是国际一流的量子通信领域的主设备与服务提供商，也是国内第一家从事量子信息技术产业化的创新企业。公司通过与国盾量子合作，不仅名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -可以利用数据中心直连 QKD 加密等方式将量子通信技术应用于公司现有和未来的高安全绿色数据中心/云计算业务之中，双方还有望通过在产品研发、具体行业应用及产品推广

25、等领域进一步合作，共同拓展量子通信网络运营、加密数据存储传输等近千亿市场，公司长期发展可期。4.神州信息国内领先的 IT 服务商神州信息是我国领先的大型 IT 服务商，是八家“国家安全可靠计算机信息系统集成重点企业”之一，在国内拥有领先的市场地位。公司发展的三十年中，神州信息在运营中积累了丰富的经验，对项目运行过程进行规范的管理以及严格的质量把关，多次为行业用户的大型、复杂系统建设提供大规模、高品质的交付服务，实现了大型项目规范化的落地。神州信息形成了包括系统软件、平台支撑软件等在内的完整的软件产品体系，并为众多行业客户在系统、IT架构、服务等领域的变革创造优势产品，成为行业用户迎接互联网+时

26、代最信赖的服务商。以服务创新实现 IT 服务的产品化、平台化。神州信息曾参与到 ITSS（信息技术服务标准）运维服务和质量评价指标体系等各项标准的研究制定、标准验证以及应用推广试点等工作，推动了我国 IT 产业首个 IT 运维服务标准的应用。神州信息的创新运维服务将运维与企业的业务深度融合，突破了传统运维只针对 IT 层面的性能保障范畴。同时，神州信息率先提出“服务即产品”的全新业务运维理念，从基础设施运维到业务运维的跨越，为客户提供端到端的运维服务。面向互联网+，神州信息积极推进 IT 运维服务的云化，推动 IT运维服务从产品化向平台化跨越，且公司以运维管理云平台为基础，让客户实现全流程实时

27、监控，提高客户的运维过程体验。其自主研发的客户服务工具，监控点达标率 99%以上，Case 解决率 100%。在“2015 中国名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -IT 用户满意度评选”的用户满意度调研活动中神州信息荣获“IT 信息服务满意度第一”，领跑我国 IT 服务业。2016 神州信息迈出量子通信布局重要一步，再次中标“京沪干线”量子保密通信骨干网。量子通信技术是十三五期间加速推进国家信息安全战略之一，受到国家空前的重视。“京沪干线”项目是我国第一条量子通信保密干线，于 2014 年启动，神州信息承建了量子保密通信“京沪干线”技术验证和应用示范项目

28、室内联调系统，由此成为我国量子保密通信干线工程的首个 IT 服务商。该室内联调系统的相关功能和指标已于 2015 年 底完成验收。此次中标金额超过 6100 万，是此次招标中最大的订单份额，神州信息在我国量子通信应用市场保持领跑优势。五、结束语量子通信技术是解决信息安全的根本性手段，具有重大的经济价值和战略意义，其长远目标是实现绝对安全的远距离量子通信，最终目标是促进量子保密通信产业化，实现大规模应用。量子通信从原理走上小范围专用问题的实用化，是现在全世界都在努力的方向。我国量子通信行业研发和产业化水平处于世界领先地位，但仍要看到目前量子通信技术成熟度并不高，大规模应用仍难以实现。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -