中国通信学会-量子保密通信技术发展及应用前沿报告（2020年）-2020.12-54页_2mb

量子保密通信技术发展及应用前沿报告总结

核心内容

量子保密通信技术是量子信息科学的重要分支，结合量子力学与信息科学，致力于实现无条件安全的保密通信。该技术通过量子密钥分发（QKD）与经典对称密码算法结合，为信息安全领域提供长期安全性保障。近年来，全球主要国家在量子通信技术发展上均加大投入，我国在该领域处于国际领先地位。

主要观点

1. 技术发展：量子保密通信技术从理论走向实用化和产业化，已取得显著成果。
2. 全球发展态势：美、欧、亚等国家和地区均重视量子通信，积极推动标准化和应用示范。
3. 我国发展现状：国家政策支持、标准化建设、技术研究、试点验证和商用部署已形成完整产业链。
4. 技术预见：未来技术发展方向包括QKD、组网技术、密钥中继路由、共纤传输等。
5. 工程难题：QKD系统性能、标准化不足、安全验证、产业化初期、建设成本和设备集成度等问题仍需解决。
6. 政策建议：提出技术、产业及政策保障方面的建议，以促进量子保密通信的健康发展。

关键信息

一、全球发展态势

• 标准化进展：

  • ITU-T：制定18项国际标准，包括网络框架、安全要求、密钥管理等，推动QKD网络标准化。
  • ISO/IEC：开展量子密钥分发安全要求、测试方法等标准研究。
  • ETSI：发布14项标准，包括术语、部署参数、密钥传递接口等。
  • IETF：推动量子互联网架构研究，发布相关草案。
  • IEEE：发起SDQC项目组，定义可编程网络接口协议。

• 主要国家发展情况：

  • 美国：重视量子通信研究，发布多项政策与法案，推动量子网络基础设施建设。
  • 欧盟：制定“量子旗舰计划”，提出10年技术里程碑，推动量子通信网络建设。
  • 英国：设立国家量子技术计划，推动量子通信测试网络和商业化。
  • 日本：制定长期研究目标，推动量子通信技术的实用化和产业化。

二、我国发展现状

• 政府推动：国家发改委、工信部、科技部等出台多项政策支持量子保密通信发展。
• 标准化进展：成立CCSA ST7，制定量子保密通信标准体系，涵盖术语、业务、网络、安全等。
• 技术研究与试点：
  • 京沪干线：2013年启动，2017年正式开通，覆盖2000公里。
  • 国家广域骨干网络：一期工程实施，连接北京、武汉、广州等城市。
  • 京雄干线：采用自主F-M相位编码方案，实现高安全性通信。
  • “墨子号”量子卫星：实现千公里级星地量子密钥分发，为全球量子通信奠定基础。
• 应用示范：金融、政务、电力等领域已有成功应用案例。

三、技术预见

• 量子密钥分发技术：BB84协议是当前最成熟方案，通过偏振态编码实现安全密钥分发。
• 量子密钥分发组网技术：基于无源光器件、可信中继和量子中继三种方式，其中量子中继仍处于研究阶段。
• 密钥中继路由技术：支持灵活组网，通过动态路由策略优化网络拓扑。
• 共纤传输技术：通过波分复用等方式实现量子与经典信号复用，提升网络部署效率。

四、工程难题

• QKD系统性能瓶颈：传输距离与密钥生成速率相互制约，需提升系统性能。
• 标准化与测评不足：相关标准尚处于起步阶段，影响产业化进程。
• 安全方案未验证：依赖经典通信存在潜在风险，需进一步研究。
• 产业化初期：依赖国家政策，商业化模式尚待探索。
• 建设成本高：缺乏基础资源，设备造价高，需优化成本。
• 设备集成度低：需提升设备体积、功耗和集成度以促进应用。

五、政策建议

• 技术政策建议：
  • 网络建设：明确目标网络架构，构建三层结构（干线、省内干线、城域网）。
  • 网络功能划分：建立量子密钥平台、网络支撑平台、安全服务平台。
• 产业政策建议：
  • 发展模式：推动产业化，探索商业化运营模式。
  • 技术创新：加强技术研究，提高设备性能。
  • 企业培育：支持企业参与产业链建设，推动技术转化。
• 政策保障建议：
  • 组织保障：建立专门机构推动技术发展。
  • 政策保障：出台支持政策，引导产业发展。
  • 人才保障：加强人才培养，提升技术储备。
  • 金融保障：提供资金支持，促进技术商业化。

总结

本报告全面分析了量子保密通信技术的发展现状与未来趋势，指出我国在该领域已处于国际领先地位，并提出了相应的技术与产业政策建议。全球主要国家均在推进量子通信技术标准化与应用示范，我国需继续加强标准化建设、技术研究和产业化进程，以应对未来挑战并保持领先地位。