【全球6G技术大会】2024年面向6G时代前沿技术初探量子信息技白皮书_29页_5mb

量子信息技术 2024 白皮书总结

核心内容概述

本白皮书围绕量子信息技术在6G及后续通信系统中的应用展开，重点分析了量子通信与网络、量子计算对6G的影响，以及2024年量子技术发展的趋势和挑战。白皮书强调了量子技术在提升通信系统安全性、弹性、计算效率和网络智能化方面的潜力。

主要观点与关键信息

1. 量子通信与网络

1.1 关键技术

• 量子密钥分发（QKD）：利用量子叠加和纠缠实现无条件安全通信，2023年在理论和实验上取得重要进展，如设备无关QKD（DI-QKD）协议的安全证明、高SKR（安全密钥速率）实验等。
• 量子随机数生成器（QRNG）：基于量子光学原理，提供真正随机数，具有更高的安全性和可靠性。2023年，QRNG在速率和稳定性方面取得突破，如100Gbps的随机数生成速度。
• 量子信息网络（QIN）：基于量子纠缠、隐形传态和量子中继等技术，构建未来通信和计算的互联网络。国内外多个机构成功演示了量子纠缠网络和量子通信链路。

1.2 标准化进展

• 国内标准：中国通信标准化协会（CCSA）、中国密码工业标准化技术委员会（CSTC）和全国信息安全标准化技术委员会（TC260）发布了多项与QKD相关的标准，涵盖系统测试、接口规范、安全框架等。
• 国际标准：ISO、ITU 和 ETSI 在量子通信领域也积极制定标准，如ITU-T Q系列标准、ETSI GS QKD系列标准等，推动全球量子通信技术的统一和应用。

1.3 对6G的影响

• 车联网中的量子加密：通过量子密钥云平台实现高级别安全通信，保障自动驾驶和远程驾驶的安全。
• 量子加密与承载网设备集成：将CV-QKD与G.698.4设备集成，实现量子密钥在经典通信网络中的部署，降低部署成本。
• 量子通信安全：量子密码技术通过量子密钥分发和量子态传输，实现端到端的安全保障，防止数据被窃取和篡改。

2. 量子计算

2.1 通信计算场景及关键问题

• 通信系统本质上是复杂的数学计算，涉及信号处理、网络优化、业务处理和网络智能化。
• 量子计算在信号处理、网络优化和业务处理中具有显著优势，尤其是在高维矩阵运算、大规模优化问题和复杂AI模型训练等方面。

2.2 量子混合异构计算

• 提出“经典+量子”混合计算平台，提供定制化计算支持，促进科研创新和产品落地。
• 平台架构遵循模块化、标准化、广泛兼容、自主安全和智能高效的原则，支持多种计算模式，如AI训练、推理、大数据处理、量子计算等。

2.3 对6G的影响

• 单小区大规模MIMO天线优化：使用滤波变分量子算法（FVQE）优化天线参数，提升覆盖率，仿真结果表明其性能可与经典算法媲美。
• 多小区大规模MIMO波束选择：基于相干伊辛机（CIM）的量子算法可有效解决波束选择问题，提升系统吞吐量和信号质量。
• 毫米波信号相位校正：采用量子支持向量机（QSVM）算法，减少对参考信号的依赖，降低信令开销，提升校正效率。

未来展望

• 量子计算突破：2023年量子计算突破1000个物理量子比特，标志着量子计算机进入新阶段。同时，逻辑量子比特数量达到48个，为纠错和容错计算奠定基础。
• 2024年技术趋势：
  • 量子计算将从物理量子比特向纠错逻辑量子比特过渡，提升计算稳定性。
  • 抗量子密码学研究将加速发展，以应对量子计算对现有加密体系的威胁。
• 量子技术应用前景：量子技术将在6G网络中实现更高效、更安全的通信和计算，推动6G网络的智能化和高可靠性发展。

总结

本白皮书系统总结了2023年量子信息技术在通信、网络和计算领域的最新进展，重点分析了量子通信与网络、量子计算对6G的影响，并展望了2024年量子技术的发展方向。通过量子密钥分发、量子随机数生成器和量子信息网络，量子通信将显著提升6G网络的安全性和弹性；而量子计算则在信号处理、网络优化和业务处理中展现出巨大潜力，为6G网络的智能化和高性能提供技术支撑。2024年将是量子计算从物理比特向逻辑比特演进的关键一年，同时推动抗量子密码学的快速发展。