量子通信天然適合軍隊

量子通信究竟是什么?相比于傳統(tǒng)通信方式有何不同?為何能獲得軍方的青睞?

量子通信有兩種方式，一種是利用量子的不可克隆以及測量的隨機(jī)特點生成量子密鑰，另一種是利用量子隱形傳態(tài)傳送量子比特。目前廣泛采用的是第一種方式，即量子密鑰分發(fā)(quantumkeydistribution，以下簡稱“QKD”)，利用量子的不可克隆性，對傳統(tǒng)信息進(jìn)行加密。

即然是對傳統(tǒng)信息進(jìn)行加密，就意味著量子通信本質(zhì)上仍然是經(jīng)典通信，區(qū)別之處在于為傳統(tǒng)通信加了一道量子密碼。由于量子不可克隆的特殊性，這道量子密碼是不可破解的，這樣就實現(xiàn)了點對點方式的絕對安全通信。

就像高鐵有自己的優(yōu)勢，高鐵的出現(xiàn)并不是要取代汽車、飛機(jī)。量子通信的目的并不是要取代傳統(tǒng)的通信方式，量子通信的突出優(yōu)勢體現(xiàn)在保密上。那么哪個行業(yè)最需要對通訊信息進(jìn)行保密呢?答案自然是軍隊，軍隊具有最迫切的需求。

我軍歷來重視保密工作。《中國人民解放軍紀(jì)律條令》第九十二條中規(guī)定：“違反國家和軍隊的保密規(guī)定，造成失密、泄密，情節(jié)較輕的，給予記過、記大過處分;情節(jié)較重或者涉及絕密事項的，給予降職(級)、降銜(級)處分;情節(jié)嚴(yán)重的，給予撤職處分。”

2014年，相關(guān)單位印發(fā)了《關(guān)于做好新形勢下保密工作的意見》。對此解放軍報發(fā)表評論員文章指出——“三軍之事，莫重于密” �？梢哉f，保密就是保生存、保勝利、保戰(zhàn)斗力。

有關(guān)專家表示，在信息化加速發(fā)展的當(dāng)今時代，通信安全是軍事能力的基本保障，加強(qiáng)和提升軍事信息安全是軍隊的當(dāng)務(wù)之急，刻不容緩。未雨綢繆，提前布局，加速推動量子保密通信技術(shù)在軍隊的使用，符合關(guān)于強(qiáng)軍建設(shè)的指示精神，事關(guān)軍隊建設(shè)大局和軍事斗爭成敗。

未來我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將超800億

我國在量子科學(xué)方面起步雖不是最早，但卻發(fā)展最快。隨著“量子衛(wèi)星”“京滬干線”等重大項目的建設(shè)，我國量子通信技術(shù)已躋身全球領(lǐng)先地位。如今，奧、意、俄、日、加等國的科研機(jī)構(gòu)正在或試圖與我國合作，包括聯(lián)合制訂量子通信產(chǎn)業(yè)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

截止至2017年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到約180億元。初步測算2018年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到320億元左右。預(yù)測2019年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)425億元，并預(yù)測在2023年我國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將超800億元，達(dá)到805億元左右，2019-2023年均復(fù)合增長率約為17.31%。

我國量子通信行業(yè)存在諸多短板

——上游產(chǎn)業(yè)的弱勢

量子通信行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是信號處理芯片、雪崩光電二極管(APD)等元器件及各類核心設(shè)備。由于上游核心芯片及元器件領(lǐng)域的技術(shù)門檻較高，與歐美發(fā)達(dá)國家相比我國存在先天的發(fā)展弱勢，國內(nèi)能夠提供核心設(shè)備的公司主要有科大國盾量子技術(shù)股份有限公司、安徽問天量子科技股份有限公司和浙江神州量子通信技術(shù)有限公司，核心設(shè)備公司位數(shù)并不多，且國內(nèi)芯片企業(yè)發(fā)展不足。目前我國量子通信上游關(guān)鍵器件FPGA、單光子源、雪崩二極管等基本需要依賴國外進(jìn)口。

2、實際應(yīng)用中的通信保密性問題

目前，量子通信技術(shù)還不能達(dá)到絕對安全的要求。從量子通信技術(shù)的特點來看，保密安全性是它的一個重要特點，在實際操作中，通信密碼不可能做到絕對的保密，量子通信技術(shù)操作者可有意或無意泄密;另外，量子通信系統(tǒng)中的物理元件也不能保證其絕對的安全，這與理論分析中所設(shè)計的數(shù)學(xué)及物理模型存在著一定的差距。所以，量子通信體系內(nèi)由于某些因素或環(huán)節(jié)發(fā)生問題時，還是存在一定的安全漏洞。在現(xiàn)代研究過程中，應(yīng)用各系統(tǒng)的量子密鑰，依然會受到信道、探測源和光源的干擾和影響，有可能會對量子通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全問題產(chǎn)生不良影響。

3、配套技術(shù)成熟度不夠

對于現(xiàn)階段的量子通信來講，還存在技術(shù)手段不夠成熟、安全漏洞無法解決和受干擾因素多等問題。在理想條件下，量子通信在形成單子光源、量子檢測和控制量子信息方面還有待提高。從目前的研究結(jié)果來看，還不能完全保證量子信息的保密安全。如果要在量子通信上做到絕對安全，還需要在單光子態(tài)的制發(fā)、傳送和儲存等技術(shù)方面進(jìn)行深入的研究和探索。量子通信由于在配套技術(shù)上開發(fā)上的不足，使一些通信技術(shù)在安全上的問題和難題還沒有得到根本的解決，限制了量子通信的發(fā)展與應(yīng)用。

4、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢

我國量子通信產(chǎn)業(yè)化還處在非常初級的階段，市場化機(jī)制還沒形成，產(chǎn)業(yè)化程度不夠是目前爭議較多的問題。

一方面，如何挖掘市場、如何發(fā)揮價值、如何讓需求用戶真正用得起、用得上量子通信產(chǎn)品，成為量子通信技術(shù)發(fā)展過程中面臨的巨大難題。量子通信產(chǎn)業(yè)化的爭議，也主要是由于市場化機(jī)制沒有形成所導(dǎo)致的，簡單來說，就是沒有形成必需、實用、易用的產(chǎn)品，沒有真正實現(xiàn)量子通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化價值。

另一方面，成本問題是制約我國量子通信技術(shù)全面應(yīng)用的重要因素。高昂的建設(shè)成本限制其只能向政府、軍事部門及大型金融企業(yè)提供通訊支持，在社會普及范圍較少，市場規(guī)模有限且較為分散;同時，量子通信系統(tǒng)在投入使用后，因其集合大量的高精密度的光學(xué)元件，在使用過程中容易發(fā)生損壞，維護(hù)和保養(yǎng)成本是傳統(tǒng)通信技術(shù)的幾十倍甚至百倍，普遍用戶無法承擔(dān)高昂的后期運(yùn)營成本。

目前量子通信的發(fā)展還是靠國家政策推動，市場競爭不夠充分。要解決這個問題，需要國家政策鼓勵更多的企業(yè)，鼓勵各種性質(zhì)的企業(yè)參與競爭，不斷完善產(chǎn)品和市場。

我國量子通信行業(yè)發(fā)展前景分析

——政策加碼及推進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新

2016年12月，國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，把量子通信提升至國家戰(zhàn)略高度，將其作為重要戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)方向和體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目。

2017年5月，科技部、教育部、科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委員會聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于印發(fā)“十三五”國家基礎(chǔ)研究專項規(guī)劃的通知》，提出要面向多用戶聯(lián)網(wǎng)的量子通信關(guān)鍵技術(shù)和成套設(shè)備，率先突破量子保密通信技術(shù)，建設(shè)超遠(yuǎn)距離光纖量子通信網(wǎng)，開展星地量子通信系統(tǒng)硏究，構(gòu)建完整的空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫鏈接。以奠定我國在新一輪信息技術(shù)國際競爭中的科技基礎(chǔ)和優(yōu)勢方向。

2017年11月，國家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于組織實施2018年新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的通知》，提出以量子保密通信“京滬干線”和“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星為基礎(chǔ)，面向國家戰(zhàn)略需求和可持續(xù)運(yùn)營要求，在京津冀、長江經(jīng)濟(jì)帶等重點區(qū)域建設(shè)量子保密通信骨干網(wǎng)及城域網(wǎng)，并在若干地區(qū)建設(shè)衛(wèi)星地面站，形成量子保密通信骨干環(huán)網(wǎng)。同時，構(gòu)建量子保密通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營服務(wù)體系，進(jìn)一步推進(jìn)其在信息通信領(lǐng)域及政務(wù)、金融、電力等行業(yè)的應(yīng)用。

2018年3月，政府工作報告肯定量子通信發(fā)展成果，將量子通信與載人航天、深海探測、大飛機(jī)并列為重大創(chuàng)新成果，認(rèn)可量子通信行業(yè)地位和發(fā)展成果。

2、量子通信獨特的優(yōu)越性

量子通信是一門交叉學(xué)科，是通信電子科學(xué)和量子力學(xué)相結(jié)合的新興產(chǎn)物，這種通信技術(shù)可以完成傳統(tǒng)信息傳輸所不能完成的信息處理技術(shù)任務(wù)，與傳統(tǒng)通信技術(shù)和通信方式相比，具有獨特的優(yōu)越性。量子通信是利用量子的不可復(fù)制性以及測量的隨機(jī)性進(jìn)行信息傳遞的一種新型通訊方式，與經(jīng)典通信相比較，量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，是目前唯一被證明無條件安全的通信方式。此外，它還具有較強(qiáng)抗干擾能力、傳輸能力、高傳輸效率以及容量大、速度快等優(yōu)點，理論上可以傳輸無限量的消息。由于其多方面突出的優(yōu)勢，這種量子通信技術(shù)得以被廣泛應(yīng)用于軍事、國防等領(lǐng)域，在信息檢測、信息傳送以及信息對抗等方面占據(jù)優(yōu)勢，性能和用途都領(lǐng)先于其他通信技術(shù)。

3、量子通信技術(shù)的不斷突破

2018年以來，我國在量子通信技術(shù)領(lǐng)域不斷突破新記錄。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊首次實現(xiàn)了25個量子接口之間的量子糾纏，打破了先前加州理工學(xué)院研究組4個量子接口之間糾纏的紀(jì)錄。中國科技大學(xué)的研究團(tuán)隊在國際上首次實現(xiàn)18個光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄。中國科技大學(xué)的研究人員還在量子通信研究中取得新進(jìn)展，創(chuàng)造密集編碼量子通信信道容量新紀(jì)錄。

2018年1月，中國和奧地利之間首次實現(xiàn)距離達(dá)7600公里的洲際量子密鑰分發(fā)，并利用共享密鑰實現(xiàn)加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信。標(biāo)志著“墨子號”已具備實現(xiàn)洲際量子保密通信的能力，為未來構(gòu)建全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實基礎(chǔ)。

2018年7月，中國科學(xué)家一舉把量子密集編碼的信道容量紀(jì)錄提升到了2.09，超過了兩維糾纏能達(dá)到的理論極限，創(chuàng)造了當(dāng)前國際最高水平。

隨著“量子衛(wèi)星”、“京滬干線”等重大項目的建設(shè)，我國量子通信技術(shù)已躋身全球領(lǐng)先地位，率先實現(xiàn)了量子傳送、加密和分發(fā)，理論實力、技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用世界領(lǐng)先。

4、應(yīng)用前景廣闊

其一，量子通信技術(shù)在軍事領(lǐng)域通信安全方面會有較大的發(fā)展空間。量子通信技術(shù)憑借其絕對通信安全性質(zhì)以及傳送信息的快速性、準(zhǔn)確性所決定的，在今后的一段時期內(nèi)或?qū)⒈淮蠓秶�推廣及應(yīng)用到軍事技術(shù)中，以有力的保證軍事安全及國家信息安全。

其二，量子信息是國家儲存重要信息的安全載體。重要信息的儲存不僅需要安全性能，還需要較大的存儲空間，量子信息存儲可以滿足這一要求和標(biāo)準(zhǔn)，可以將國家的重要信息及文件存儲到量子信息庫中，并以獨有的密鑰，保證其安全性。

第三，量子信息與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，成為新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，特別是量子通信技術(shù)的大容量信息傳送和高效快速的性能，非常符合我國當(dāng)下大數(shù)據(jù)的時代特征，可用于涉及秘密數(shù)據(jù)或票據(jù)的金融、電信、電力、電子信息等領(lǐng)域和部門，應(yīng)用價值和前景非常廣闊。