關注｜多國加碼量子網際網路 QKD技術成焦點

2020年下半年，美國、荷蘭、加拿大等國家都開始加速布局量子網際網路，量子網際網路也成為當下世界各國量子競爭的焦點。

走進量子網際網路

量子網際網路是基於量子通信技術產生和使用量子資源的新型功能網絡，量子網際網路不是對現有網際網路的替代，是在網際網路上疊加新功能的基礎設施。

業內專家認為，量子網際網路由大規模分布的量子節點和連結各個節點的量子信道組成，用於實現各類量子增強的通信、計算和計量等技術。《自然》雜誌上曾發布量子技術路線圖，將量子網際網路的發展分為可信節點網絡、準備和測量、糾纏分布網絡、量子存儲器網絡、量子計算網絡等6個階段。

基於QKD（量子密鑰分發）的量子保密通信網絡是量子網際網路的初級形態。

QKD是一種理論上可以提供無條件安全密鑰分發的技術，也是目前最安全的密鑰傳輸方式。QKD以量子態為信息載體，量子信道負責傳輸量子密鑰，經典信道負責傳輸測量基等額外信息。

量子的不可分割、不可克隆定理、海森堡測不準原理是QKD技術的理論安全物理基礎，藉助QKD技術，通信雙方可以在量子信道上生成只有彼此知道的共享隨機密鑰，並通過該密鑰加密和解鎖信息，一旦有人竊聽密鑰，會造成高誤碼率，竊聽行為就會被發現，通信雙方將重新生成新密鑰，密鑰的安全性保證了信息的安全性。

（QKD設備）

以啟科量子的QKD產品（QCS-280）為例，該產品包括單髮型（A型）和單收型（B型）兩種型號。A型設備和B型設備配對使用，組建安全的量子密鑰分發鏈路，為通信雙方提供不可破譯、不可竊聽的安全量子密鑰。該產品支持各類光纖通信應用場景的保密通信需求，可滿足語音、數字、圖像傳輸等多種業務對保密通信的要求，為骨幹網、城域網和接入網提供高效的安全服務。

2020年，「兵貴神速」的全球參與者

為了搶佔未來的科技高地，全球各國都將不遺餘力大力發展量子網際網路。

美國——公布建設量子網際網路的藍圖

7月，美國能源部公布量子網際網路發展藍圖，提出要確保美國處於全球量子競賽的前列，引領通信新時代，隸屬能源部的17家國家實驗室將作為美國量子網際網路的骨架。該藍圖明確了美國量子網際網路的4個優先方向和5個關鍵裡程碑，計劃以美國能源部下屬的17個國家實驗室為核心節點，十年內建成全國性量子網際網路。

（美國量子網際網路全圖景）

日本——啟動量子密碼通信項目

7月，由日本政府牽頭的「量子密碼通信」項目正式立項，計劃用5年時間創建一個由100個量子密碼設備和10000個用戶組成的網絡。

該項目的參與者東芝公司，在10月份宣布，將通過利用量子密鑰分發的網絡安全技術，在2030年實現30億美元的QKD收入目標。同時，東芝已與美國跨國電信集團Verizon Communications Inc.和英國跨國電信控股公司BT Group合作進行了QKD試點項目。

歐洲——建設泛歐量子通信網絡

5月，歐盟「歐洲量子技術旗艦計劃」發布《戰略研究議程（SRA）》報告，未來三年將推動建設歐洲範圍的量子通信網絡，完善和擴展現有數字基礎設施，為未來的「量子網際網路」遠景奠定基礎。

報告還發布了短期和中長期願景：短期（3年）目標是利用QKD協議和可信節點網絡開發天基量子密碼，演示可作為未來量子中繼器構成模塊的初級鏈路；中長期（6-10年）目標是利用量子中繼器演示800公裡以上距離的量子通信，演示至少20個量子比特的量子網絡節點，演示利用衛星鏈路產生糾纏等；長期目標是實現量子網際網路。

11月底，荷蘭宣布將在荷蘭中西部蘭斯塔德大都會區內創建一個量子網絡，包括阿姆斯特丹、鹿特丹、代爾夫特、海牙和烏得勒支等城市，利用高速光纖連接建立第一個功能齊全、可編程的量子網絡，並通過荷蘭網絡連接相距很遠的不同量子處理器。

英國——在5G網絡中使用量子密鑰分發技術

11月，英國電信計劃英國電信與量子技術初創公司、研究機構和教育機構共同合作，希望在5G和聯網汽車安全通信開發方面實現飛躍，使用量子密鑰分發（QKD）技術構建安全網絡，並稱此舉是一項「世界首創」的端到端量子安全通信試驗的一部分。該試驗獲得了由英國研究與創新（UKRI）資助機構提供的770萬英鎊資助，為期36個月。

加拿大——部署首個量子網際網路

Xanadu公司與加拿大初創企業孵化器及創造性破壞實驗室合作，創建加拿大第一個量子網絡——CQN。第一步是在多倫多創建一個三節點網絡，三個節點分別位於Xanadu、MaRS和CDL，通過光纜連接，預計到2021年投入使用。

俄羅斯——打造量子網際網路平臺

4月，俄羅斯宣布，將利用俄羅斯鐵路公司的基礎設施打造量子網際網路平臺，該平臺將由聖彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學與俄羅斯風險投資公司合作打造，並於2021年啟動。據悉，該項目將耗資3億盧布（約合410萬美元），金融機構、國家集團、生產企業和基礎設施可能成為首批用戶。

我國早已啟動相關研究

從現階段各國的量子網際網路發展程度來看，中國在量子保密通信網的建設上走在世界前列，在試點應用數量和網絡建設規模方面全球領先，目前我國已建成「一主多地」的量子通信政務廣域網，並在北京、武漢、濟南等地建成了城域量子通信網絡，更多的城市正在啟動本地量子保密通信城域網規劃。

我國的QKD技術，在基礎技術水平、工程技術成熟度目前處於國際引領地位，隨著 QKD 組網技術成熟，終端設備趨於小型化、移動化，QKD 還將擴展到電信網、企業網、個人與家庭、雲存儲等應用領域。

今年10月，我國領導人在「量子科技研究和應用前景」學習中提到，量子科技成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域，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。未來，在政策的支持下，在各大企業、高校、科研機構的研發下，我國的量子網際網路建設將不斷突破，搶佔量子國際競爭制高點。

幾十年前誕生的網際網路，正改變著人們的工作和生活方式，蓄勢待發的量子網際網路又將為我們帶來什麼？