量子通信的应用现状与发展展望

一、量子通信概念及产业链构成

㈠基本概念

⒈原理：利用量子纠缠效应进行信息传递

“量子”是指不可再分割的、最小的能量单位，所有的微观粒子包括原子、电子、光子等都是量子的一种表现形态。量子通信的工作原理是利用粒子的量子纠缠效应，将信息加载在粒子状态中，通过传输粒子实现绝对安全的通信。

量子通信有两大核心概念：量子纠缠效应和量子信息状态化。其中量子纠缠效应是指两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联，即可以制备两个粒子态，无论距离多远，当其中一个粒子状态发生变化时，另外一个粒子的状态也会同时发生变化。量子信息状态化是指量子通信在传送过程中一般以状态来表示信息，早期利用偏振态较多，目前逐渐转向采用相位状态表示信息。偏振态是利用光的偏振对数据进行编码，在一个方向上的偏振视为0，而另一个视为1，常用的两种偏振方式为直线型和对角型；相位态利用光子的相位数据来进行编码，例如45度、90度、180度分别代表0、1、-1。

⒉分类：量子隐形传送和量子密码通信

量子通信主要的通信方式包括两种：直接通过量子态进行量子隐形传送和量子密码通信（目前应用最成熟的方式）。

图表1量子通信分类

资料来源：兴业证券研究所

量子隐形传送：是一种脱离实物的信息传送，原理是通过将某个粒子的未知

量子态传送到另一个地方来传递信息。具体而言，首先制备出具备量子纠缠效应的光子A和B，分别在甲和乙保存，需要传递信息时，将蕴涵相关信息的光子C 与A一起测量，这样A的状态发生了改变，B的状态也发生了改变，再用光子D与B做逆测量，即可得到原来光子C所蕴涵的信息。量子隐形传送由于单子状态难以长时间保存、光纤信道损耗大、受环境噪音影响较大、价格昂贵等原因，

目前技术仍不成熟。

图表2量子隐形传送原理

资料来源：兴业证券研究所

量子密码通信：利用量子状态作为信息加密和解密的密钥。通俗来讲量子密码通信就是甲利用激光收发器发射确定状态的光子，乙采用滤光器/激光收发器

进行接收，保存并记录光子状态，随后甲和乙相互对应光子的状态，以识别是否

被窃听，如果光子被窃听测量，则会改变状态，从而被发现。

图表3量子密码通信原理

资料来源：兴业证券研究所

㈡主要特点：无条件安全性、强抗干扰能力和高传输效率

与经典通信方式对比，量子通信的特点主要包括以下三点：

⒈量子通信具有无条件安全性

量子通信技术的信息安全是基于量子密码学，并以量子状态作为密钥而突破了传统加密方法的束缚，明显具有不可窃听、不可复制性和理论上的“无条件安全性”。任何截获或测试量子密钥的操作，都会改变量子状态，量子通信总会确保两地之间密钥分配和通信的绝对安全性。量子通信对于信息的加密也不再是要依靠传统加密技术所依赖的复杂算法，而是靠物理法则来保证，由此被认为是保障通信安全的终极技术手段。

⒉量子通信具有较强抗干扰能力和传输能力

在信息传输通道方面，量子信息传递过程不会为任何障碍所阻隔，线路时延可以为零，因此能实现最快通信，并且不存在任何电磁辐射污染，整个通信程序完全达到充分环保。在通信远距离方面，量子通信属于远距离通信，量子隐形传态具备穿越大气层的能力，而这就为未来基于卫星量子中继的全球化量子通信网奠定了基础。

⒊量子通信传输效率极高

根据量子力学的叠加原理，一个n维量子态含有2n个态信息，而量子并行性使得量子计算机可以同时对2n个数进行数学运算，因此使用量子计算机对n维量子态进行传输，效率显著提高。

㈢产业链：元器件-核心设备-传输干线-系统集成-应用

图表4量子通信产业链

资料来源：中国产业信息网

上游：主要是信号处理芯片、雪崩光电二极管（APD）等元器件及各类核心

设备。国内能够提供核心设备的公司并不多，主要包括国盾量子、问天量子和神州量通。国外厂商主要包括瑞士IDQ公司、美国Bennet公司等。

中游：主要包括网络传输干线提供商和系统集成商。以量子保密通信“京沪干线”技术验证及应用示范项目为例，提供传输干线服务的公司是中国有线电视网络有线公司，提供系统集成服务的公司包括神州数码系统集成服务有线公司（神州信息子公司）、中国通信建设集团有线公司（中国通服子公司）等。

下游：主要是各种行业应用，如金融、军事、政务、商务等领域。提供的产品包括量子电话、基于量子保密技术的IDC、量子白板等。

目前量子通信产业仍处发展初期，短期内量子通信器件、量子通信设备厂商将会率先受益，其次才是量子通信传输网络建设及系统集成商，量子通信网络运营及应用提供商需要在技术完全成熟、市场经过培育后才可以真正受益。

二、国内外量子通信产业发展现状

㈠国外：加快建设量子通信网络，科技巨头高额研发投入

当前，美国、日本、欧盟均推出了针对量子通信的国家战略规划，旨在推动本国及本地区量子通信技术的繁荣发展。

资料来源：《量子通信技术的最新进展及其军事应用前景》同时，发达国家也在积极将量子通信科研成果推向实际引用，并建成多个城域间量子通信网络。

资料来源：《量子通信网络发展概述》，海航经济研究院此外，国际上具有强大基础学科研发能力的公司如IBM、AT&T、Bell实验室、Philips、英国电话电报公司、西门子、NEC、日立、东芝等在量子通信领域投入高额研发资本，抓紧开展量子通信技术研发，奋力推进产业化。瑞士的IDQ、美国的MAGIQ以及BBN等知名量子通信企业已经能够提供出商业化的量子密钥分发系统器件、终端设备和整体应用解决方案。

资料来源：兴业证券研究所

㈡国内：量子通信领域世界领先，金融、政务和国防实现应用

⒈发展现状：三步走策略，目前量子通信领域世界领先

中国量子卫星之父潘建伟曾指出，我国量子通信技术的实际应用将分三步：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。

2016年8月16日北京时间凌晨1时40分，全球首颗量子科学实验卫星“

墨子”号在中国酒泉卫星发射中心成功发射，此次量子通信卫星的发射是第三步的重要开端，标志着我国在量子通信领域全面领先于世界。同时，在实用化城域量子通信技术方面，在合肥、济南、上海、北京等地都建成或即将建成规模化的城域量子通信网络，并初步应用于国防、政务、金融等领域的信息安全。未来随着技术和产业化的逐渐成熟，量子政务云、能源云、量子白板、量子手机、量子POS 机、量子签名、量子电话等产品全面普及，很快迎来“量子+”时代。

⒉应用领域：已实现金融领域、政务行业、国防行业应用

⑴ 金融领域应用