量子通信是經(jīng)典信息理論和量子力學(xué)相結(jié)合的一門新興交叉學(xué)科,，與成熟的通信技術(shù)相比，量子通信具有保密性強(qiáng),、大容量,、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn),，是國際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。量子通信技術(shù)及其應(yīng)用關(guān)乎社會利益及國家安全,，已成為21世紀(jì)信息安全領(lǐng)域發(fā)展的方向和主流,。

行業(yè)概述

量子通訊的優(yōu)勢

量子通信相與傳統(tǒng)通信方式相比,，具有無條件安全傳輸,、信息傳遞效率高、隱蔽性好,、應(yīng)用廣泛,、抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)勢。

①無條件安全傳輸：理論上,，即使攻擊者具有無限的計算資源和任意物理學(xué)容許的信道竊聽手段,，量子通信仍可保證通信雙方安全地交換信息。這是量子通信相對傳統(tǒng)通信最突出的優(yōu)勢,。因?yàn)槠涿荑€具有不可復(fù)制性和絕對安全性,，一旦有人竊取密鑰，整個通信信息就會“自毀”并告知使用者,。

②信息傳遞高效：利用量子態(tài)的疊加性和糾纏特性,，有望以超越經(jīng)典通信極限的條件下傳輸和處理信息。因此,，量子通信對金融,、電信、軍事等領(lǐng)域有極其重要的意義,，并在實(shí)際中最先獲得了發(fā)展和應(yīng)用,。

③隱蔽性好：量子通信沒有電磁輻射，第三方無法進(jìn)行無線監(jiān)聽或探測,。

④應(yīng)用廣泛：量子通信與傳播媒介無關(guān),，傳輸不會被任何障礙阻隔,，量子隱形傳態(tài)通信還能穿越大氣層。因此,，量子通信應(yīng)用廣泛,，既可在太空中通信，又可在海底通信,，還可在光纖等介質(zhì)中通信,。

⑤抗干擾性能強(qiáng)：量子通信中的信息傳輸不通過傳統(tǒng)信道，與通信雙方之間的傳播媒介無關(guān),，具有完好的抗干擾性能,。

量子通訊的發(fā)展歷程

量子通信的發(fā)展大致可分為四個階段：探索和試驗(yàn)研究階段、理論重大突破階段,、行業(yè)案例積累階段,、生態(tài)逐步完善階段,。1993年,，C.H.Bennett提出了量子通訊的概念；同年來自四個國家的六位科學(xué)家提出了利用經(jīng)典物理學(xué)與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案,。

隨后的二十多年中,，全球量子通信行業(yè)逐步從理論試驗(yàn)走向工程樣機(jī)，相關(guān)安全性與網(wǎng)聯(lián)化的解決方案也不斷完善,。我國量子通信理論理論研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用兩方面都處于世界領(lǐng)先地位,，與美國、英國,、日本等國家并駕齊驅(qū),，目前已具備成熟的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

量子通訊的理論基礎(chǔ)

通信理論和量子力學(xué)是量子通信領(lǐng)域的兩大理論來源,。實(shí)現(xiàn)一個完整的量子通信系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)需要以量子編碼理論為基礎(chǔ),，以特定的量子通信協(xié)議為核心，通過運(yùn)用量子信號產(chǎn)生,、調(diào)制和探測等關(guān)鍵技術(shù),，最終實(shí)現(xiàn)量子信息或經(jīng)典信息的傳送。隨著通信網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展以及量子中繼技術(shù)的突破,，量子通信網(wǎng)絡(luò)有望從局域網(wǎng)絡(luò)走向更大規(guī)模廣域網(wǎng)絡(luò),，乃至聯(lián)通全球范圍信息傳遞的通信網(wǎng)絡(luò)。

利用量子不可克隆和不可分割的特性可以實(shí)現(xiàn)安全量子密鑰分發(fā),，利用密鑰的不可復(fù)制和絕對安全性,，最終可以實(shí)現(xiàn)不可破譯的保密通信。在通過量子技術(shù)進(jìn)行安全通信時,，竊聽者會采取多種方式,，但最終都將無法實(shí)現(xiàn)對量子通信的破譯,。

核心技術(shù)

量子密鑰分發(fā)（QKD）

量子隱形傳態(tài)（QT）

量子隱形傳態(tài)（QT）又稱量子遙傳、量子隱形傳輸,、量子隱形傳送,、量子遠(yuǎn)距傳輸或量子遠(yuǎn)傳，是一種利用分散量子纏結(jié)與一些物理訊息的轉(zhuǎn)換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置的技術(shù),。C.H.Bennett在1993年提出了量子通信概念,，利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子態(tài)隱形傳輸，即遙遠(yuǎn)兩地的通信雙方首先分享一對糾纏粒子,，其中一方將待傳輸量子態(tài)的粒子和自己手里的糾纏粒子進(jìn)行貝爾態(tài)測量,，然后將測量的結(jié)果告知對方，對方則根據(jù)得到的信息進(jìn)行相應(yīng)的幺正操作,。通俗來講將甲地的某一粒子的未知量子態(tài),，可在乙地的另一粒子上還原出來。

量子中繼

量子中繼是實(shí)現(xiàn)量子態(tài)中繼傳輸,，減小信道損失對于量子通信距離和速率影響的技術(shù),。量子中繼器通過糾纏制備、糾纏分發(fā),、糾纏純化和糾纏交換來實(shí)現(xiàn)中繼功能的轉(zhuǎn)換器,。量子信號的傳輸距離由中繼級數(shù)決定。2019年,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在國際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)全光量子中繼器的原理性驗(yàn)證,，為構(gòu)建遠(yuǎn)距離光纖量子網(wǎng)絡(luò)開辟了新途徑。

產(chǎn)業(yè)鏈

上游：產(chǎn)業(yè)鏈上游包括基礎(chǔ)研究,、基礎(chǔ)設(shè)備制造商,。基礎(chǔ)研究指高校,、科研機(jī)構(gòu)企業(yè)提供量子通信基礎(chǔ)研究成果,、發(fā)明專利。量子通信設(shè)備整體采購量較小，難以驅(qū)動相關(guān)器件及芯片廠商的研發(fā)生產(chǎn),，并且目前我國器件商集中度較低,，芯片設(shè)計環(huán)節(jié)薄弱。

中游：產(chǎn)業(yè)鏈中游的量子設(shè)備與解決方案提供環(huán)節(jié)包括了密鑰分發(fā)及中繼,、量子網(wǎng)關(guān),、量子路由等量子通信設(shè)備制造商與系統(tǒng)集成商。中游是產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié),，相關(guān)公司掌握量子通信的核心技術(shù),，推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

下游：產(chǎn)業(yè)鏈下游客戶主要涉及政務(wù),、金融,、電力、國防等領(lǐng)域,。下游行業(yè)和領(lǐng)域擁有大量重要信息和敏感數(shù)據(jù),，信息安全需求強(qiáng)烈，其對信息安全剛性需求有力地支撐量子保密通信行業(yè)發(fā)展,。

信息安全牽涉到國家安全和社會穩(wěn)定,，我國已將信息安全提升為國家安全戰(zhàn)略。近年來,，我國加快在量子科技領(lǐng)域的發(fā)展,，相關(guān)的科研經(jīng)費(fèi)投入,，專利申請布局和應(yīng)用探索等方面都具備較好的實(shí)踐基礎(chǔ)和發(fā)展條件,。隨著國家逐漸完善量子科技領(lǐng)域的頂層設(shè)計，我國的量子科技行業(yè)或?qū)⒖焖侔l(fā)展,，成為全球量子信息技術(shù)研究和應(yīng)用的主要推動者,。