什么是量子通信，我国的量子通信技术发展到什么程度？

量子通信是中国科技的一张名片。 在这一领域，中国已经走在了世界前列。 近日，国内量子通信行业又迎来新消息。 中国信息通信研究院牵头的首批国产量子通信标准正式获批并发布实施。 这是又一个新的起点，因为标准是一项技术走向产业化、商业化的关键前提。 量子通信行业国家标准的出台，将进一步推动我国量子安全通信产品的成熟和产业化发展，其市场空间有望进一步打开。

什么是量子通信？

首先我们来了解一下什么是量子通信？ 量子通信传输数据的原理是什么？

量子是物理量的最小单位，即质量和能量。 这种物理量的最小单位以粒子状态出现。 但是如果把它理解为一种物质是错误的，因为最小的粒子目前被认为是夸克，那么按照这个概念，很可能会让人误以为量子指的是夸克。

因为量子不是物质，我们无法从物质的结构上去理解它。 其实，“量子”一词最初叫做“能量量子”，是由普朗克提出的。 他在研究黑体辐射时，发现能量是不连续的，似乎有一个“最低能量单位”，就像电荷也有最小的单位，即电子，已经不能再分了，于是普朗克将它命名为“能量量子”。

后来，为了表示对普朗克的尊重，有人特意将其命名为“普朗克之子”，但普朗克婉言拒绝了，因为普朗克认为这个名字应该有特定的含义。 后来随着量子力学的发展，人们发现很多物理量是不连续的，达到一定程度后就很难再划分了，也就是这些物理量有最小的单位量子技术对比特币的影响，所以用“量子”来表示描述描述。

随着对微观世界研究的深入，人们发现量子世界中存在着一种独特的现象，也叫“量子纠缠”。 当某个量子中有一个状态时，另一个量子中就会有相应的状态； 而当这个量子的状态发生变化时，相应的其他量子的状态也会发生变化。

量子之间就有这个特性，没有距离的限制，也可以说是隔距离作用。 至于为什么会出现这种现象，以目前人类的认识水平无法解释，但确实是客观存在的。 由于量子纠缠没有距离限制，如果应用于通信，应该没有距离限制。 这样效果当然更好，所以量子通信也是基于这个原理发展起来的。

人们发现量子通信的安全性能也非常好，这就不得不说到量子密钥分发了。 我们都知道计算机使用的是二进制，可以存储很多信息，所以只要有两个量子态，就可以通过很多个量子来表示，所以量子密钥分发就是共享一个密钥，用它来加密并解密信息。

现有的密码系统通过增加密码计算的复杂性来确保安全性。 我国“天河二号”超级计算机的计算性能比较好，但如果用来分解一个300位数字，需要15年，但如果能用量子叠加进行并行计算，一秒钟可以弄清楚。

这也意味着密码可以通过量子变得更复杂，计算所需的时间会变长，从而更难破译。 使用普通的超级计算机，需要很长时间才能破译，已经失去了实用性。 应用的意义。 事实上，量子通信最根本的安全在于量子态。

因为量子态无法被克隆，当第三方想要通过量子态获取信息时，原有的量子态就会发生变化，而这个信息会立即反馈给掌握量子通信的一方，这意味着它是通信 一方会知道其他人在窃取信息。 在这种情况下，通信方如何与原来的密钥保持通信呢？ 所以它的安全性非常高。

量子通信的原理就是这样，它的好处也非常大，但是真正实现这项技术并不容易。 因为它是通过控制光量子来实现的，所以单个光量子的制备难度很大。 我们平时用来照明的灯泡每秒钟会发出数万亿个光子，甚至可能不止这个数量。 ，所需的光子是捕获这些光子之一。

光子的制备只是量子通信的第一步。 要实现量子通信，就必须具备探测光子的能力，但单个光子已经是这些光能的最小单位，需要发展非常精确、高效的光子探测。 技术是进行更复杂的量子通信的唯一途径。

我们在日常生活中看到的光量子技术对比特币的影响，不需要按照任何固定的顺序传输，但是为了携带大量的信息，而这些信息又必须被对方接收到，这些光量子就必须按照一定的顺序排列命令。 实现时，接收方也需要检测其序列，这样密钥才有意义。

中国创光纤量子通信新世界纪录

中国科学技术大学潘建伟院士及合作者团队利用中科院上海微系统研究所余立兴课题组研制的超导探测器，突破现场远距离高-性能单光子干涉技术，采用两种技术方案分别达到428公里和511公里。 双场量子密钥分发创造了世界现场光纤量子保密通信的新纪录。

据悉，量子不可克隆原理保证了量子密钥分发的无条件安全性，但量子密钥分发无法像经典光通信那样通过光放大中继传输，因此分发距离受到光纤损耗的限制。

与传统协议相比，双域量子密钥分发协议特别适用于远距离的量子密钥分发。 此前，潘建伟团队已经在实验室验证了500公里以上的双场量子密钥分发。 然而，在实际场景的恶劣环境下，实现两场量子密钥分发难度极大。 在实验室中，可以有效隔离人类活动引起的温度、振动、声音等噪声，但在野外环境中这些都是无法避免的。

基于“发送不发送”双场量子密钥分发协议，潘建伟团队研发了时频传输技术和激光注入锁定技术，将相隔数百公里的两路独立激光器的波长锁定在同一波长。 针对现场复杂的链路环境，开发了光纤长度和偏振变化实时补偿系统。

针对现场光缆中其他业务的串扰，团队精心设计了量子密钥分发光源的波长，通过窄带滤波滤除串扰噪声。 最终，结合高计数率、低噪声的单光子探测器，现场将无中继光纤量子密钥分发的安全编码距离推至500公里以上。

该研究创造了现场光纤无中继量子密钥分发最远距离新世界纪录，证明了双场量子密钥分发在实际环境中的可行性，为实现远距离传输铺平了道路。光纤量子网络。

我国首批量子通信标准正式落地

量子通信是全球科技革命新一轮竞争的焦点之一。 通过制定标准推动量子技术产业化进程，抢占国际话语权，已逐渐成为国内外共识。 我国在量子通信领域一直保持领先地位。 同时，它在量子通信标准的制定上也有很大的发言权。 国际电信联盟（ITU-T）近期发布了量子密钥并分发了3项国际标准，均由我国国盾量子技术人员作为主编深度参与。 欧洲也在加快量子通信标准的制定，近期启动了《QKD网络架构研究报告》和《基于通用评估标准的QKD安全保护配置文件》两项标准的制定工作。

此外，工信部印发的《2021年工业和信息化标准工作重点》提出，我国要重点推进“量子信息等新技术、新产业、新基础设施标准制定”。 ” 与此同时，中国通信标准化协会（CCSA）正在陆续开展30项量子密钥分发QKD相关标准项目。

据悉，此次获批的国内首批量子通信行业标准包括《量子密钥分发（QKD）系统技术要求》和《量子密钥分发（QKD）系统测试方法》，适用于基于欺骗的A QKD基于BB84协议的系统。 作为量子通信网络中的核心设备，量子密钥的生成和分发主要由QKD完成。 QKD系统是最早实用化的量子信息技术，主要用于为客户提供高水平的量子安全保障。

首批标准的颁布将为验证该领域产品和系统的有效性提供参考，同时实现不同设备网络和网络之间的有效链接，将加速量子保密通信的商用化进程，同时对促进我国量子保密通信产品的成熟和产业发展具有重要意义。

量子通信有望走向产业化

早在2009年，我国就建成了4节点全通量子通信网络。 同年，我国开通了金融信息量子通信验证网络。 这是全球首次将量子通信技术应用于金融信息传输。 意义重大； 2016年我国成功发射墨子号，主要功能是连接地面光纤量子通信； 2021年1月，宣布成功建成跨越4600公里的天地一体化量子通信网络； 近日，我国传来喜讯，再次攻克重大难关，首次成功实现量子信息掩蔽。

技术的反复突破和相关标准的实施，为量子通信技术的产业化奠定了基础。 事实上，我国的量子通信技术早已完成理论验证，进入快速产业化应用阶段。

据悉，我国已成功建成全球首个星地量子通信网络。 全网覆盖我国四省三市32个节点，包括北京、济南、合肥、上海四个量子城域网。 通过两个卫星地面站与“墨子号”相连，总距离4600公里。 目前已接入金融、电力、政务等行业150多家用户。

据媒体报道，福州将于今年6月启动试点量子安全运营中心。

未来，随着量子安全通信标准体系的建立和行业用户安全需求认知的进一步提升，量子通信技术的市场空间有望进一步打开。

在量子信息前沿领域，中国电信早已提前布局。 去年11月，中国电信与“量子科技第一股”国盾量子展开战略合作，启动“量子铸盾行动”，双方的合资已经落地。 未来5年，中国电信计划率先为10个城市提供公安量子安全云，为100个城市提供量子安全组网解决方案，为10000家政企客户提供量子安全加密解决方案，提供安全解决方案1000万个移动终端。 用户提供“量子安全通话”服务。 今年年初，中国电信宣布推出业界首款量子安全通话产品“量子密话”，利用量子信息技术为通话安全保驾护航。

作为全球科技产业“变道超车”、掌握产业链话语权的重要核心技术，我国“十四五”提出加大全社会研发投入每年增长超过7%，并将量子技术与人工智能、半导体相结合列为重点研发对象。 同时，构建完整的天地一体化广域量子通信网络技术体系，率先推动量子通信技术在金融、政务、能源等领域的广泛应用。