量子通信的历史与潜力

人类真的可以实现安全的信息传送吗？这到底是梦想，还是现实？

9月10日的北京雁栖湖，虽然天空淅淅沥沥地下着雨，但仍有不少学者和学生赶来参加中国科学院与德国国立科学院（Leopoldina）联合举办的第一届双边研讨会。会上，中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟作了题为“梦想还是现实？量子通信的过去、现在与未来”的报告。

对信息的安全传输是数千年来人类一直追求的梦想。理论上，所有依赖于计算复杂度的经典加密方法原理上都可以被破解，因此在历史发展中，经典密码学的每一次进步都被破解技术的进步所击败。那么人类能否发明一种密码工具来确保信息传输的安全性？具体而言，该如何在相距遥远的两地实现安全的密钥分配呢？

1968年，以色列科学家斯蒂芬⋅威斯纳提出可以用量子系统来完成经典方法所不能够处理的信息处理任务，这启发了人们发明量子通信和量子密码学。1984年，美国IBM公司的查尔斯⋅贝内特和加拿大蒙特利尔大学的吉列⋅巴萨德共同提出了第一个也是最为着名的量子密钥分发协议BB84协议。量子密钥分发利用单光子的不可分割性、未知量子态的不可复制性等微观粒子特有的性质，从原理上保证了密钥的不可窃听，从而确保了信息传送的安全。

潘建伟在报告中指出，在人类实现远距离安全量子通信的征途上有两大挑战，分别是现实条件下的安全性问题和远距离传输问题。

量子密钥分发因其具有理论上的无条件安全性而备受关注，但是在实际系统中，量子密钥分发系统会由于设备的非完美性而存在安全性漏洞。由于量子密钥分发过程中，线路的安全性是可以严格保障的，因此可能的安全性漏洞就集中在发射端和接收端。诱骗态方案和“测量器件无关”方案分别解决了上述两端的安全性漏洞。这两个方案均率先被潘建伟团队实现。

潘建伟介绍道，结合“测量器件无关”方案与自主可控的光源，量子密钥分发就可以达到“信息论可证”的安全性。因此，目前现实条件下量子密钥分发的安全性已经很好地建立起来了。

迄今为止，在地面实验中，量子密钥分发的点对点距离可达到500千米量级，而量子隐形传态可达到100千米。那么，如何在此基础上继续增加量子通信的距离呢？

一个阶段性的解决方案是可信中继传输，我国建设的光纤总长超过2000千米的“京沪干线”便采用了这一方案。在可信中继方案中，需要人为保障中继站点的安全，而中继之间的线路则是安全的。这比传统通信手段中整条线路处处都面临着信息泄露的风险而言，大幅提高了安全性。

更为长远的方案是使用量子中继器。量子中继包括量子纠缠纯化、量子纠缠交换和量子存储等手段，可以在遥远地点间分发量子纠缠，从而实现远距离的量子通信。潘建伟团队在量子中继的核心环节取得了一系列重要成果，目前已可支持通过量子中继实现500千米的量子通信。但是量子中继器的实际应用可能还需要等待10年之久。

目前更为有效的方法是基于卫星的量子通信技术。这种手段不受地球表面障碍物的影响，在外太空也几乎没有衰减。我国于2016年研制成功并发射国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在国际上率先实现星地量子通信实验，充分验证了这一技术的可行性。

报告中，潘建伟展望量子通信的未来，描绘了一幅令人遐想的图景：通过量子卫星与地面光纤网络，并与经典通信网络相融合，未来将可形成覆盖全球的广域量子通信网络，全面提升信息安全水平。而利用广域的量子通信网络，人类可以发展出空间分辨率极高的望远镜技术；也可以构建高精度的光频率传递网络，精度相比现在的微波时频网络可以提高4个数量级。而“墨子号”量子卫星发展的空间量子科学实验技术，也为物理学基本原理研究提供了全新的平台。例如，最近潘建伟团队利用“墨子号”量子卫星对Event Formalism量子引力模型进行了检验，首次对量子力学和引力的融合进行了实验探索。利用高轨空间极低的引力和磁场噪声，未来还有望实现精度高达10-21的光钟，将会促进对引力波信号，特别是低频信号的探测，可以揭示更为丰富的天文现象。

国盾量子瞄准量子通信领域

国盾量子日前回复了申请科创板上市的第四轮问询，涉及重大合同收入、半年报业绩、债务重组等问题。国盾量子是量子通信产业化龙头企业，公司拟发行不超过2000万股，募集资金3.04亿元用于量子通信网络设备项目和研发中心建设项目。招股说明书显示，国盾量子股权分散，股权穿透后的股东涉及多家上市公司。

量子通信领域龙头

国盾量子成立于2009年，起源于以潘建伟、彭承志为核心的中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心的量子信息研究团队。公司主要从事量子通信产品的研发、生产、销售及技术服务，为各类光纤量子保密通信网络以及星地一体广域量子保密通信地面站的建设提供软硬件产品，为政务、金融、电力、国防等领域提供组网及量子安全应用解决方案。

国盾量子的产品分为四大类：量子保密通信网络核心设备、量子安全应用产品、核心组件以及管理与控制软件，主要用于构建量子保密通信骨干网、城域网、局域网以及行业信息安全应用，下游客户涉及政务、金融、电力、国防等领域。

招股说明书显示，公司主要产品部署在量子保密通信骨干网、量子保密通信城域网和行业量子保密通信接入网，满足内容丰富的信息安全需求。公司量子通信核心组件的自主可控方面具有优势，不断发展量子通信系统相关的芯片等技术，支持下游的应用接入及二次开发，可为大数据、云计算、人工智能、物联网以及5G等领域进行赋能，促进产业生态繁荣。公司拟发行不超过2000万股，占本次发行后总股本的比例不低于25%。拟使用募集资金约3.04亿元用于量子通信网络设备项目和研发中心建设项目。其中，量子通信网络设备项目拟使用2.57亿元，研发中心建设项目拟使用4689.06万元。

2016年至2018年，国盾量子营业收入分别为2.27亿元、2.84亿元和2.65亿元。其中，量子保密通信产品占营业收入的比例分别为95.47%、97.75%和95.81%。

华鑫证券研报显示，公司在国内量子通信领域处于龙头地位。量子保密通信网络可依托现有的光纤网络进行建设，建设规模可参照现有的光纤通信网络规模。公司为国家量子保密通信“京沪干线”、“武合干线”等骨干网工程的核心设备供应和项目实施提供了保障。我国目前已建成的实用化光纤量子保密通信网络总长(光缆皮长)达7000余公里。其中，超过6000公里使用了国盾量子提供的产品，且处于在线运行状态。

公司重视研发创新工作，不断增强技术储备，保持技术领先优势。2016年至2018年，公司研发投入总额分别为5318.03万元、7344.36万元和9620.95万元，研发投入占营业收入比例分别为23.41%、25.89%和36.35%。最近三年累计研发投入占最近三年累计营业收入的比例为28.73%。公司表示，将围绕国家信息安全发展战略，以“技术推动市场、产品引领需求、服务创造价值”为经营理念，专注于量子信息领域，坚持走“技术创新、产品创新、服务创新”的发展道路，以“打造国际一流的量子技术企业”为发展目标。

推进信息安全建设

招股说明书显示，国盾量子穿透后的股东包括联想旗下君联资本、中国国新旗下的国新资本以及上市公司神州信息、浙江东方、银轮股份等。

部分参股的上市公司与国盾量子业务合作密切。2018年，神州信息与国盾量子、国翔辰瑞成立了神州国信(北京)量子科技有限公司，为国家量子保密通信骨干网、城域网、行业专网提供量子保密通信产品；同时，面向金融、政府等行业客户提供定制化的解决方案。截至目前，神州信息与国盾量子携手已帮助近20家金融机构实现量子技术和业务系统的结合，如上海银行、上海农商行、中国银行、工商银行、光大银行等，积极推进信息安全建设。

公司客户群体稳定，产品应用场景较多。从客户构成看，神州数码系统集成服务有限公司是公司第一大客户。公司作为量子保密通信设备及相关技术服务供应商，2016年-2018年对其销售量子保密通信设备及相关技术服务的收入占营业收入的比例分别为34.21%、21.14%和57.9%。

华鑫证券研报显示，目前从事量子保密通信的主要企业有：瑞士IDQuantique、安徽问天量子、浙江九州量子，暂时没有主营业务为量子通信产品的上市公司。量子保密通信行业处于推广期，属于技术和资金密集型行业，门槛高。作为行业龙头，预计国盾量子上市后市场将给予较高估值。

行业前景广阔

中信建投证券指出，量子通信应用场景广阔，保密通信是现阶段可行业务。量子通信近期应用主要集中在利用QKD链路加密的数据中心防护、量子随机数发生器，并延伸到政务、国防等特殊领域的安全应用。随着QKD组网技术成熟，终端设备趋于小型化、移动化，QKD还将扩展到电信网、企业网、个人与家庭、云存储等更广阔的应用领域。长远看，随着量子卫星、量子中继、量子计算、量子传感等技术取得突破，通过量子通信网络将分布式的量子计算机和量子传感器连接，将产生量子云计算、量子传感网等一系列全新的应用。

业内人士称，信息安全重要性与日俱增，量子通信技术发展前景广阔。未来几年，大数据、5G通信、云计算、物联网等新技术、新应用和新模式快速融合将触发新的安全威胁，以密码为核心的信息加密等防护手段需求进一步加强；同时，基于计算复杂度的传统密码方案面临的挑战力度增大，量子计算的不断突破对目前广泛用于密钥协商、签名认证的公钥密码形成了挑战，行业需要新的技术手段来完善未来的安全保障，量子通信是解决这些问题的重要手段之一。随着重视程度和投入的加大，量子通信的发展具有广阔的前景。

招股说明书显示，公司主要为下一代信息网络提供新型信息安全产品和服务，属于科创板优先推荐的领域。信息安全行业处于快速发展期，总体上呈现业务不断拓展、攻防技术演进升级的态势。