​潘建伟等：量子通信，未来自主可控信息安全生态的重要保障

　　基于量子密钥分发的量子保密通信是迄今唯一原理上无条件安全的通信方式。量子密钥分发是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议产生密钥。量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听，从而实现安全的量子保密通信。量子保密通信的安全性基于物理学基本原理，与计算复杂度无关，即使未来强大的量子计算机问世也不会对其安全性形成威胁。

　　量子保密通信是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。通过量子密钥分发所生成的安全密钥，除了原理上无条件安全的“一次一密”加密方式外，还可以与经典对称加密算法相结合，兼顾安全性与通信速率。例如，按照现有技术水平，量子密钥分发与AES（高级加密标准）加密算法相结合，可以达到Gbps（交换带宽）的通信速率，同时大幅提升种子密钥的更新率，有效提升通信安全水平。此外，也可与下一代的“PQC（抗量子计算密码）”相结合，增强身份认证等的安全性。

　　量子通信的发展目标是构建全球范围的广域量子通信网络体系。通过光纤实现城域量子通信网络，进而通过中继器实现邻近两个城市之间的连接，最终通过卫星平台的中转实现遥远区域之间的连接，是广域量子通信网络的发展路线。

　　在城域量子通信网络方面，中国科学技术大学先后建成国际上首个全通型城域量子通信网络、首个量子政务网以及首个规模化城域量子通信网络，并在这一过程中将相关技术发展成熟，自主研制的量子保密通信装备已经为很多重要活动提供了信息安全保障。

　　在基于可信中继的城际量子通信网络方面，国际上首条远距离光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”，于2016年底全线贯通。干线全长2000余公里，连接北京和上海，贯穿济南、合肥等地。在沿线金融、政务、电力等部门的合作下，开展远距离量子保密通信的技术验证与应用示范。在“京沪干线”应用示范的基础上，国家发展改革委于2018年2月批复了“国家广域量子保密通信骨干网络”项目，将覆盖京津冀、长三角、粤港澳、成渝等重要区域，推动量子保密通信的规模化应用。

　　在星地自由空间量子通信方面，在中国科学院的支持下，中国科学技术大学联合中科院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院等单位，研制成功世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”。“墨子号”于2016年8月发射升空，在国际上率先实现了星地量子通信，首次实现了距离达7600公里的洲际量子通信，充分验证了基于卫星平台实现全球化量子通信的可行性。利用“墨子号”积累的成功经验，量子卫星的研制成本已由数亿元降到千万元量级，预计2022年初小型化量子卫星将发射升空，为构建低成本的星群奠定基础。地面接收站的重量也已由十几吨降到100公斤左右，可初步支持移动量子通信。

　　结合“墨子号”量子卫星与“京沪干线”，我国率先构建了天地一体化广域量子保密通信网络的雏形，成为近年来国际量子信息研究的一大标志性事件。

　　在核心量子通信器件方面，中国电子科技集团有限公司、中国科学技术大学、中科院上海微系统与信息技术研究所等实现了通信波段单光子探测器和量子随机数产生器等主要器件的初步国产化，打破了国外禁运的壁垒。在未来2至3年，通过关键器件的芯片化，量子加密设备的尺寸可缩小到手机大小，并大幅降低成本。

　　相关应用标准制定方面，在我国50余家科研机构和企业的积极参与下，中国通信标准化协会、全国信息安全标准化技术委员会、密码行业标准化技术委员会等国家标准组织，围绕量子保密通信技术的互联互通、安全测评、应用服务等方面，编制了多项国家标准和行业标准。我国学者突破了美加等西方国家的阻碍，在国际电信联盟发起成立了国际首个涵盖量子信息全领域的标准化组织，目前正在牵头编制多项国际标准。