量子通信發展情況探底

2020-12-05 手機鳳凰網

經濟觀察報 記者 李華清 一場有關量子科技的資本狂歡,在A股市場上迅速上演又階段性地落下帷幕。

新華社報導,10月16日下午,中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習,習近平總書記在主持學習時強調,要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性,加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局,把握大趨勢,下好先手棋。

資本市場反應迅速,各個版本的量子科技概念股、量子通信概念股企業名單橫空出世,它們很快就被資金「爆炒」。有的企業不得不站出來,跟量子科技、量子通信劃清界線,有的企業則澄清現階段與量子科技相關的業務對公司業績影響較小。

10月19日,光庫科技(300620.SZ)在互動平臺上稱,公司「量子通信產品已經大批量供應市場」的傳聞不實,公司的波分復用器等通用光纖器件產品可應用於包括量子通信在內的光通信領域,但量子通信領域並非公司主營業務範圍和未來發展方向,相關產品佔比極低,幾乎未產生營業收入和利潤。同日,必創科技(300667.SZ)在互動平臺上稱,公司全資子公司的「量子效率測試系統」不屬於量子科技領域,也沒有給北京量子信息科學研究院供貨。

10月20日,飛利信(300287.SZ)在互動平臺上稱,公司與安徽問天量子開展了合作,但合作產品沒有大規模應用,短期內對公司業務貢獻不大。同日,浩豐科技(300419.SZ)公告提示,公司尚未在量子應用領域形成相關產品,目前該項技術對公司營業收入無任何影響。

10月21日,藍盾股份(300297.SZ)公告申明,公司目前在「量子科技」領域未進行市場業務開展、無相關業務收入。

或許是不少所謂的概念股實際業務與量子科技關聯度不大,又或是資本對新市場題材的熱情來去匆匆,這場始於10月19日的資本追捧,甚至沒有讓相關的概念股維持5個交易日的股價持續走高。即使是目前A股上唯一一家「血統純正」的量子通信產品提供商——國盾量子(688027.SH),股價在10月19日暴漲接近10%,第二天則下跌超過7%。

業內普遍認為,量子科技目前主要的應用是量子通信、量子計算和量子精密測算。其中,中國發展得較好的是量子通信。上周的「量子科技熱」背後,不少概念股企業從事通信、IT相關業務。 那麼,頗有神秘感的量子通信產業,真容是怎樣的?在中國的發展情況又是怎樣的?

量子通信技術

量子是現代物理學的一個概念。如果一個物理量存在不可分割的最小單位,那麼這個最小單位就被稱為「量子」。量子概念提出後,經過數代物理學家的努力,建立了量子力學,量子力學幫助人類理解、探究微觀物理世界。

中國通信標準化協會在2018年發布的《量子保密通信技術白皮書》裡介紹,隨著人類對量子調控技術的進步,人們可以對光子、原子等微觀粒子進行主動的精準操縱,量子技術開始結合信息技術,發展出以量子通信、量子計算和量子測量為代表的量子信息技術。

量子通信的典型應用有兩種。一是基於單量子或糾纏傳遞經典信息的量子密鑰分發 (QuantumKeyDistribu-tion,QKD)。二是利用量子糾纏作為信道,不需要傳送荷載量子態的物理實體就可以實現量子態傳輸的量子隱形傳態(QuantumTeleportation,QT)。量子密鑰分發的技術門檻相對低,利用量子不可分割、不可複製和測不準的物理特性,遠程分發密鑰,是目前最成熟、貼近實用的量子技術。

或許有人會疑惑,日常生活中已經有密碼學,很多信息傳遞都是被加密的,為何還有量子密鑰的用武之地?《量子保密通信技術白皮書》指出,近年,量子計算機的發展加速,量子計算機能夠用特定的算法解決經典計算機難以勝任的數學問題,現代密碼學倚仗的是數學計算的複雜度,量子計算已經對它造成了威脅。從理論上來看,量子計算機的大範圍使用還需數十年的時間,但竊聽者可以先行記錄當前的通信流量,有朝一日再用量子計算機進行解密。因此,基於物理原理而不是數學原理的量子密鑰分發技術有必要推廣。國盾量子有一句口號是「用量子技術保護每一個比特」。

為實現遠程量子密鑰分發就要建QKD網絡,即量子保密通信網絡。跟網際網路類似,量子保密通信網絡也是從小規模的科學試驗網開始推廣、實用。2003年,美國國防部資助建立全球首個QKD網絡。

中國的QKD網絡發展方面,2008年-2009年期間,中國科學技術大學先後建成了3節點與5節點的QKD網絡。2013年,量子保密通信網絡「京滬幹線」立項,中國科學技術大學成為該項目的建設主體。建成後的「京滬幹線」,全長2000多公裡(中國南北跨度大概有5500公裡),連接北京、上海,貫穿濟南、合肥,是世界上第一條量子保密通信幹線。

2016年,中國「墨子號」量子科學實驗衛星成功發射。2017年,「京滬幹線」與「墨子號」實現天地互聯,標誌著中國率先進入QKD廣域網建設階段。

繼「京滬幹線」之後,中國再投建「武合幹線」「寧蘇幹線」等QKD骨幹網絡,多個城市也著手建設QKD城域網。除了新建量子通信網絡外,量子通道也可以與經典光信道復用光纖傳輸,這樣可以利用現有的光通信網絡資源,高效、經濟地建網。但這個方案要解決一個大問題,就是經典通信信道強光對量子通信的幹擾問題。

整體來看,QKD網絡有類似於傳統電信網絡的地方,都需要網絡建設和運營方部署光纖、機房等基礎設施,利用設備商提供的QKD產品,通過施工、集成做成QKD網絡。

但從組網技術、網絡部署方案、提供的服務來看,它又是一種全新的網絡。一個典型的差異是,遠距離通信需要克服傳輸介質對信號的削弱,在經典通信中,可以用放大器增強信號。但在量子網絡中,量子是不可複製的,無法使用放大器,業內會採用可信中繼器方案。

為更好地推動QKD網絡的建設,2016年,中國科學院控股有限公司聯合中科大成立了專門的QKD網絡運營商,也就是國科量子通信網絡有限公司。

當然,電信運營商由於擁有光纖資源,在提供QKD網絡基礎設施、網絡搭建和網絡運營方面,有天然優勢。

發展現狀

科大國盾量子技術股份有限公司,也就是前文提到的國盾量子,是目前A股上唯一一家主營量子通信產品的上市公司。實控人之一是中科大資產經營有限責任公司,中科大在量子通信領域的技術積累沉澱多年,國盾量子相當於含著金湯匙出生。

國盾量子於2020年7月份登陸科創板。其招股書顯示,近十年來,中國各領域、各地區量子保密通信網絡建設投入不斷增加,尤其是近5年來,開工建設和投入使用的網絡數量和規模明顯上升。

近十年來,中國建設的量子保密通信網絡項目有32個,包括骨幹網、城域網、行業專用網等,廣州、西安、成都、貴陽、重慶、南京、海口、烏魯木齊、宿州等地已啟動當地量子保密通信城域網規劃,預期未來3-5年,京津冀、長三角、珠三角、西南地區、中西部地區等城市帶將陸續新建或擴建量子通信城域網。

無論是國盾量子的招股書口徑,還是接受經濟觀察報採訪的神州信息(000555.SZ)、中國信息協會量子分會秘書長張英華,都認為中國在量子通信領域處在全球領先地位。

神州信息定位是金融科技全產業鏈綜合服務商,行業信息化起家,深耕金融領域30年。它從2012年進入量子通信領域,涉足量子通信網絡建設、產品及行業解決方案提供以及網絡運維,參與了四條骨幹網和5個重點城市的城域網建設,並將量子通信技術與金融行業應用相結合。神州信息的全資子公司神州數碼系統集成服務有限公司,是國盾量子的第一大客戶。系統集成商從網絡承建方處拿到訂單,再採購產品提供商的設備,完成網絡的系統搭建。「在量子精密測量領域,中國還存在一定的差距;在量子計算領域,中國整體上相比發達國家接近處於同一水平線,在量子通信領域,中國已經處於國際領先地位。」神州信息方面稱。

張英華則強調,這種領先包括基礎研究、應用研究和工程化。

但無論是國盾量子還是神州信息,都認為量子通信商業化應用還處在早期階段。國盾量子在招股書中介紹,中國量子通信商業化項目處於推廣初期,神州信息則介紹「量子通信商業化仍處起步階段,要實現廣泛應用還需要一定時間」。

神州信息認為,目前量子通信商業化推廣的難度主要集中在兩方面,一是產業鏈建設能力有限,這個行業發展壯大所需的產學研支持還不夠均衡,上下遊企業的發展程度、與現有電信網絡的融合、產品體系的豐富度,都還沒到理想狀態。二是市場生態的培育還處在早期,不要說個人,就算是有安全需求的行業用戶對於量子通信的應用方法和保障程度都還缺少充分認識,行業標準、資質、測評、認證等體系幾乎處於空白狀態。

國盾量子承認,與傳統密碼系統相比,在穩定性方面,公司的產品還處於劣勢,例如密碼機的平均無障礙時間已普遍能做到3萬小時,而公司的產品在這個指標上大概是2萬小時。

作為常需要採購設備商產品的系統集成商,神州信息認為現階段量子通信設備價格還是偏高。國盾量子在量子通信產品領域是龍頭企業,既有軟體產品也有硬體產品,截至2018年底,我國建成的實用化光纖量子保密通信網絡總長(光纜皮長)達7000多公裡,其中超6000公裡使用了國盾量子的產品。國盾量子的毛利率確實不低,2017年-2019年期間,均保持在68%以上,2020年上半年有所下滑,依然接近62%。

但儘管市佔率相當高,受行業整體規模影響,國盾量子的營收並不高,從數據上來看,還有業績下滑的風險。2017年-2019年期間,國盾量子實現主營業務收入分別為2.72億元、2.56億元和2.55億元,扣非後歸母淨利潤分別為 3073.4萬元、2300.23萬元和1469.32萬元。

國盾量子的招股書顯示,2017年-2019年期間,公司的QKD產品銷售均價每年都在下降,主要是向神州數碼系統集成有限公司銷售的產品降價了。國盾量子稱,神州數碼系統集成公司是公司的重要合作夥伴,要保持良好的長期合作關係。

這或許是在行業發展早期,國盾量子的無奈之處。雖然量子通信有在國防、政務、金融、電力行業已經落地應用,但是想將產品直接銷售給這些行業並不容易,主要還是銷售給量子保密通信網絡的建設方。現階段,國家和各地政府投建量子保密通信網絡的計劃落地存在不確定性,有資質參與建設的企業更是為數不多,國盾量子非常需要跟系統商、網絡承建方維護好關係。

前瞻產業研究院的數據顯示,2019年中國量子通信行業市場規模為325億元。

量子保密通信網絡是量子通信的重要基礎設施,建設該網絡的投資成本大概會比普通的光纖網絡貴多少?神州信息方面回復記者:「量子通信網絡與傳統光纖通信網絡從應用功能上完全不同,量子通信網絡用於量子密鑰分發,傳統光纖通信網絡用於完成數據通信,就算是建設相同長度的網絡,從成本上不具可比性。」

張英華則指出,隨著量子通信設備的小型化、晶片化和集成化,硬體的投資成本一定會降下來,「相信隨著技術的不斷發展,量子通信設備和經典設備的成本差別不會太大。」

對於國盾量子、神州信息等量子通信的先行企業來說,為了它們自身的業務增長和行業成長,它們肩負著行業推廣的使命。神州信息官網的一條宣傳視頻稱:「在未來十到十五年,量子技術將走進千家萬戶,服務廣大百姓。」這個預言會成為現實嗎?我們拭目以待。

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