量子通信产业化初试，中国筹建千亿级国家实验室

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量子通信产业化初试，中国筹建千亿级国家实验室

2018 年 9 月 5 日 人工智能学家

来源：第一财经

摘要：一个涉及多地的量子信息科学国家实验室（下称“国家实验室”）正在筹建，长期投资将达千亿元。

第一财经从2018年国际量子密码会议上了解到，中国正在筹建的国家实验室涉及合肥、上海和北京等地，仅合肥量子信息实验室占地就将达554亩，如此规模在全球都比较罕见。

这也是继墨子号量子卫星、量子通信“京沪干线”之后，中国在量子科学领域的又一次大手笔投入。中国科学技术大学（下称“中科大”）内部人士说，目前该项目已经获得安徽省和上海市政府各10亿元左右的配套启动资金，而国家长期投入将达到千亿元人民币。

千亿级规模的国家项目

上周，来自中、美、德、奥、英、法、日等国的500多位专家齐聚上海，参加上述量子密码会议，共同研讨量子通信领域最新进展和未来趋势，其中包括量子信息理论创始人——美国科学家查尔斯•本内特（Charles Bennett）和加拿大科学家吉尔斯•巴萨德（Gilles Brassard）。这也是中国首次举办量子密码领域最知名、影响力最广泛的国际学术盛会，更将推进量子通信发展的产业化路径。

国家实验室是国家计划实施的“科技创新2030——量子通信与量子计算机重大项目”的承担实体，建成后将以国家信息安全和计算能力提高等重大需求为导向，着力突破以量子信息为主导的第二次量子革命的前沿科学问题和核心关键技术，培育形成量子通信、量子计算和量子精密测量等战略性新兴产业，抢占量子科技国际竞争和未来发展的制高点。

自上世纪90年代以来，量子信息科学得到迅猛发展，量子通信、量子计算和量子精密测量等量子信息技术可以在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典信息技术的瓶颈，为保障国家安全和支撑国民经济可持续发展提供核心战略力量。

在学术界与产业界的协同努力下，我国正奋力抢占量子信息革命的全球制高点。“墨子号”量子科学实验卫星、国家量子保密通信“京沪干线”等项目取得重大创新成果，实用化光纤量子保密通信技术在金融、政务、电力、云计算、大数据等更多行业领域破冰应用，以及实现量子安全服务迈向移动应用的量子安全服务移动引擎（QSS-ME）平台产品的推出，证明了我国量子信息技术尤其是量子通信技术产业化的蓬勃发展已现端倪，正在吸引越来越多的企业涉足其中。

从信息安全市场的角度来看，量子通信的市场前景更加可期。技术研究公司Gartner最新报告预测，2018年全球信息安全产品及服务支出将超过1140亿美元，较去年增加12.4%；预计2019年信息安全市场将持续增长8.7%，达1240亿美元。

前瞻产业研究院发布的报告显示，2017年，我国量子通信行业市场规模达到了180亿元，到2018年将达到320亿元左右，同比增长77.78%，预计到2024年，我国量子通信行业建设及运营服务市场规模达912亿元，同比增长13.57%。根据预测，国内量子通信短期市场规模在100亿~130亿元左右，长期市场规模将超过千亿元。

中国科学院院士、中科大常务副校长在大会上表示：“世界各国都在做量子通信的发展规划，中国在国际量子通信领域之所以能处于领导者的地位，是因为十年前，我们就选择了从基础研究起步的艰难道路，掌握了核心技术，现在到了产业化阶段就不太会遇上‘卡脖子’的问题了。”

值得注意的是，中国互联网巨头阿里、腾讯和百度也都加入了这场量子科技盛会。阿里巴巴首席通信科学家谢崇进表示：“来自各国的科学家一起讨论各种新型的量子加密协议和量子通信的产业化应用前景，可以让我们了解到行业的最新进展。”

在谈到量子通信的实际应用场景时，谢崇进表示：“其一是公司内部系统的需要，其二是客户的需求。我们知道客户在哪里，这是阿里巴巴参与到量子通信产业化的优势，但现在应用层面最大的问题是还没有建立标准。”据了解，阿里巴巴在上海投资了“中科院-阿里巴巴量子计算联合实验室”，在硅谷也设有量子实验室。除此之外，华为也在德国设有一个量子中心。

国际学界也给予中国量子通信产业化发展高度的关注。本内特和巴萨德表示，中国“墨子号”量子科学实验卫星的发射是了不起的壮举，中国在量子通信领域的突破“唤醒”了世界。

“墨子号”的发射以及一系列中国量子通信领域的突破在全球范围内引起了巨大的关注，这一里程碑式的壮举将量子密钥分发的距离拓展到了千公里量级，把量子通信推向了实际应用的风口。如今，全世界都在向中国量子产业化发展的进程看齐。

成立于2001年的全球首家从事量子密钥分发（QKD）的商业公司、总部位于瑞士日内瓦的IDQ创始人Nicolas Gisin（尼古拉斯·吉森）表示：“近十年来，中国量子通信技术的发展速度和规模是惊人的。”尽管走在量子通信商业化的最前沿，IDQ也一直在关注中国市场产业化的发展，并寻求与一切可能的中国伙伴的合作。IDQ目前估值已经超过10亿欧元。

IDQ创始人Nicolas Gisin

在这次国际量子密码会议上，各国科学家介绍了最新进展：俄罗斯将在全境建设跨欧亚大陆的密钥分发网络，这也是所有的项目中最为宏伟的一项，我国已实现的数千公里量子密钥分发将大有用武之地；欧洲、韩国表示正在制定量子通信的基础设施建设规划；美国、欧洲、日本等都在推进量子通信卫星的发射计划。

中国科学院也已确定计划，将在“墨子号”量子科学实验卫星的基础上，继续研制3至5颗低轨量子通信卫星，以实现量子密钥分发的实用化，同时还将着手开展中高轨量子通信卫星的研制。

作为“墨子号”卫星的首席科学家，潘建伟表示中国将保持开放心态，积极参与国际合作。他介绍道，去年以来，中科大与中科院上海技术物理所等组成的科研团队，与奥地利科学院安东-塞林格研究组合作，利用“墨子号”在中国和奥地利之间实现了长达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。塞林格也是潘建伟在维也纳大学的博士导师。

今年下半年，我国科研团队还将与意大利帕多瓦大学合作，物理学家伽利略曾在该校执教。此外，与日本、加拿大的合作也提上议程。

角逐国际量子通信标准竞争

中国的目标是，力争到2030年左右率先建成全球化的广域量子保密通信网络，并在此基础上，构建信息充分安全的“量子互联网”。

为此，我国已经建成了连接北京、上海，贯穿济南、合肥等地长达2000多公里的量子保密通信骨干线路——“京沪干线”，实现多地城域网络的接入，并且得到了成功应用；而未来多颗量子通信卫星的发射将能够解决更长距离的广域传输的瓶颈。

随着量子通信技术的不断成熟，以量子密钥分发为核心的量子保密通信，正逐渐成为量子科学实用化速度最快的领域。潘建伟表示，会议上多位专家都提到，量子保密通信的基础设施建设正在全球提速。这好比是在实验室和实用化之间架起了一个“连接”，让更多的人可以参与进来。

2016年，国科控股联合中科大共同发起成立国科量子，聚焦量子保密通信网络设施的规划、建设、推广、运营和维护。后续规划建设的广域量子保密通信骨干网络覆盖范围将逐渐从京津冀、长江经济带扩展至全国，覆盖各省会、直辖市及计划单列市等大中型城市，并延展至海外区域。

大会结束后，潘建伟又同本内特和巴萨德等科学家前往国际互联网大会的举办地乌镇，继续就量子通信标准的制定进行深入的研讨。了解到，随着未来更多量子通信卫星计划发射，如何制定针对卫星的量子通信标准也被提上议程。

“墨子号”卫星首席科学家潘建伟

在量子通信的标准化研究方面，目前欧洲处于领先地位。2008年，奥地利维也纳的SECOQC量子通信网络演示项目完成后，欧洲电信标准化协会（ETSI）成立了包括16家成员单位在内的ISG-QKD小组，展开前瞻性的标准化工作，涉及应用案例、物理接口、应用接口、安全验证、模块安规等内容。2015年6月，欧洲发布量子安全白皮书。

我国量子通信领域标准化研究相对欧洲起步晚一些，但也正在通过总结技术研究最新进展以及试点应用经验形成标准化成果。科大国盾量子总裁赵勇博士说，中国已经在建立系统性能测评标准，完善量子通信标准化工作。科大国盾量子是参与推动中国量子通信标准化制定的重要力量之一。

赵勇称，标准化是构建产业链的关键，是产业成熟的必经之路。标准的制定需要各个国家的共同努力，各国专家已经着手商讨国际标准，试图确定技术的安全性、通用性规则，并争取早日确立，这将为量子通信产业化进一步扫除障碍。

他还透露，中国信息安全测评中心已经联合科大国盾量子于2017年在ISO提出了量子密钥分发相关的国际标准化项目，并获得了立项，为我国角逐国际量子通信标准竞争抢得先机。

目前量子通信的商业需求主要集中在安防、能源、电力等国家战略领域，银行等金融领域的客户也正在试用。据赛迪顾问预测，到2020年，量子通信将主要应用于国防、金融和政务领域，三者之和将占据市场规模的96%。

赵勇说，规模化效应将带动量子通信应用成本下降，产业链的企业通力合作将能挖掘更多应用场景。

由于量子信息技术的巨大潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源，开展国家级的协同攻关。例如，欧盟在2016年宣布投资10亿欧元启动量子技术旗舰项目；最近，美国国会也正式通过了“国家量子行动计划”；此前，大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等也纷纷强势介入量子计算研究。