20世紀(jì)最重大的科學(xué)革命是哪些？毫無(wú)疑問(wèn)，是量子力學(xué)的構(gòu)建。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，量子力學(xué)盡管飽受爭(zhēng)議，但已成為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一，推動(dòng)了半導(dǎo)體、激光、核能、超導(dǎo)、核磁共振等等的發(fā)展，從根本上改變了人類(lèi)的生活方式和社會(huì)面貌。
這其中人類(lèi)首次實(shí)現(xiàn)量子通訊，有一個(gè)愈發(fā)年青的領(lǐng)域，也是更受爭(zhēng)議的領(lǐng)域，那就是量子通信。這是一個(gè)曾被“看不懂”的新事物，如今已成為國(guó)家重點(diǎn)支持的前沿科技和戰(zhàn)略新興領(lǐng)域。一個(gè)不這么廣為人知的事情是，量子保密通信是近現(xiàn)代一一個(gè)由中國(guó)新創(chuàng)造的產(chǎn)業(yè)。近期，量子通信第一股國(guó)盾量子（）即將在科創(chuàng)板上市，標(biāo)志著我國(guó)在量子通信產(chǎn)業(yè)化方面邁出了重大一步。
惟
量子通信：從被指責(zé)到應(yīng)用落地
量子力學(xué)是量子通信的理論基礎(chǔ)，其中，疊加、糾纏原理對(duì)量子通信的研究起到了決定性作用。疊加原理指的是指一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上，即，你不觀察它，一個(gè)電子既在A點(diǎn)又不在A點(diǎn)；你一觀察，這種疊加狀態(tài)就崩潰了，它就真的只在A點(diǎn)或則真的只在B點(diǎn)了，只有一個(gè)狀態(tài)，“薛定諤的貓”就是其彰顯。而所謂量子糾纏，指的是兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子無(wú)論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和影響對(duì)方的狀態(tài)，有點(diǎn)類(lèi)似于心靈感應(yīng)。
這兩個(gè)原理違反宏觀世界認(rèn)知，甚至可以用“詭異”來(lái)形容。20世紀(jì)以來(lái)，關(guān)于量子力學(xué)的擁躉與指責(zé)齊飛，但同時(shí)，在各大領(lǐng)域應(yīng)用急速落地。
1993年，美國(guó)科學(xué)家C.H.提出了量子通信的概念，隨后，各國(guó)科學(xué)家開(kāi)始進(jìn)行大量研究。與好多中國(guó)后來(lái)居上的領(lǐng)域不同，在量子通信這兒，中國(guó)科學(xué)家?guī)缀跻婚_(kāi)始，就走在前沿。
1997年，正在英國(guó)留學(xué)的中國(guó)青年學(xué)者潘建偉與法國(guó)學(xué)者波密斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸，這是后來(lái)被譽(yù)為“量子之父”的潘建偉在國(guó)際上第一次聲名遠(yuǎn)播。
將近10年后，2006年，潘建偉率領(lǐng)的小組、美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、歐洲慕尼黑大學(xué)—維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)100公里的引誘態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，打開(kāi)量子通信邁向應(yīng)用的房門(mén)。
其后，量子通信一路高歌猛進(jìn)，傳輸記錄不斷被打破。最新的重大突破是，今年6月，潘建偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合牛津大學(xué)Artur Ekert等團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表的論文稱(chēng)，團(tuán)隊(duì)借助中國(guó)“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了級(jí)的基于糾纏的無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)，相當(dāng)于南京到上海的距離。
2009年，中國(guó)科技大學(xué)潘建偉、彭承志團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了安徽量子通信技術(shù)有限公司，即后來(lái)的國(guó)盾量子，成為最早從事量子保密通信產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。再以后的故事是，中國(guó)量子保密通信產(chǎn)業(yè)化走在了世界最后端。
QKD的信息理論安全性
在“靠不靠譜”的指責(zé)聲下，潘建偉等人在量子通信領(lǐng)域作出的一批成就，底氣在于量子通信的安全性?，F(xiàn)代密碼學(xué)覺(jué)得：一切秘密賦于秘鑰之中，正是由于秘鑰，量子通信走入了密碼學(xué)，服務(wù)于信息安全。
現(xiàn)階段，量子通信的典型應(yīng)用方式主要分兩種：量子密鑰分發(fā)（ Key , QKD）和量子隱形傳態(tài)（ ,QT）。QKD主要采用1984年提出的BB84合同，利用量子的不可克隆性，對(duì)傳統(tǒng)信息進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的安全通訊；QT是借助量子的糾纏態(tài)來(lái)傳輸量子比特，可以實(shí)現(xiàn)任意遠(yuǎn)距離的量子密鑰分發(fā)及網(wǎng)路，類(lèi)似于“瞬間轉(zhuǎn)移”。
如沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、量子密碼的提出者之一 所言，量子保密通信“將最終實(shí)現(xiàn)所有密碼學(xué)者千年來(lái)的夢(mèng)想”。
QKD是目前遠(yuǎn)距離安全量子通信的主要應(yīng)用方向?；痉绞绞鞘褂昧孔討B(tài)來(lái)編碼信息，通過(guò)對(duì)量子態(tài)的制備、傳輸和測(cè)量來(lái)達(dá)到安全分發(fā)隨機(jī)數(shù)——即秘鑰的目的，這種分發(fā)的安全性不受人類(lèi)估算能力的影響，常被稱(chēng)為信息理論安全性。由于量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)和不可克隆定律，竊聽(tīng)者未能取得正確的秘鑰。而在傳統(tǒng)的光纖通訊形式下，讓光纜泄漏一部分能量，就能夠監(jiān)聽(tīng)光纜傳遞的訊號(hào)，從而造成信息泄漏。
不過(guò)在應(yīng)用中，QKD仍是依托于光纖通訊的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子通信=傳統(tǒng)通訊+量子密碼，它更像是給傳統(tǒng)通訊降低了愈加安全的量子密碼保障。QKD的優(yōu)勢(shì)主要有兩個(gè)：一是能判定出密碼是否被竊聽(tīng)者復(fù)制過(guò)；二是“一次一密”，密碼用過(guò)一次后就不存在了，這在信息論里被稱(chēng)為“一次性便簽”。
不過(guò)，這也可能引出通訊無(wú)法進(jìn)行或則通訊成本高的問(wèn)題，因而相對(duì)比較冷門(mén)?？v覽歷史，從牛頓到愛(ài)因斯坦，再到量子理論的發(fā)展，經(jīng)過(guò)漫漫百年長(zhǎng)路，而量子通信理論提出只有27年，還需持續(xù)探求，甚至可能被推翻。市場(chǎng)的普遍觀點(diǎn)是，量子通信是個(gè)挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的新興行業(yè)。
搶奪信息技術(shù)的未來(lái)
實(shí)際上，量子通信、量子估算和量子測(cè)量共同組成了量子信息——這個(gè)由量子力學(xué)和信息技術(shù)交叉產(chǎn)生的前沿科學(xué)，其中量子通信是目前應(yīng)用最多的方向。近年來(lái)，“棱鏡門(mén)”、華為被持續(xù)打壓、全球最著名加密機(jī)器制造商被日本操控多年，諸多風(fēng)波讓信息技術(shù)自主可控成為時(shí)代強(qiáng)音。量子信息大賽，已經(jīng)在各大國(guó)之間展開(kāi)。
早在2002年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局就擬定了《量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，給出量子估算發(fā)展的主要步驟和時(shí)間表，故此英國(guó)早在21世紀(jì)初期便在量子信息領(lǐng)域領(lǐng)先。
隨后，各國(guó)陸續(xù)頒布量子信息的國(guó)家戰(zhàn)略，美國(guó)、歐盟、俄羅斯、印度均已提出巨額資金投入和常年規(guī)劃。2020年2月，美國(guó)發(fā)布了“美國(guó)量子網(wǎng)路戰(zhàn)略愿景” ，表示將完善基于量子保密通信的量子互聯(lián)網(wǎng)，還將量子信息設(shè)置成出口管制重要領(lǐng)域。目前，日本富士通、瑞士IDQ、奧地利的All 都是世界上研究量子通信（主要是量子安全密碼服務(wù)）的知名廠商。
于中國(guó)而言，量子估算方面仍在追趕，但得益于潘建偉等人的努力，在量子通信大賽中，中國(guó)的研究和應(yīng)用世界領(lǐng)先。目前，我國(guó)早已成功發(fā)射世界首顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，開(kāi)通了全球第一條量子保密通信干線“京滬干線”，2017年，“墨子號(hào)”順利完成任務(wù)后，獲得多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的科學(xué)成果，我國(guó)第一次在空間量子科學(xué)研究領(lǐng)域走到了世界最前列。
遠(yuǎn)距離、無(wú)中繼、小型化成為量子通信應(yīng)用的主要攻破方向。目前，我國(guó)早已實(shí)現(xiàn)500公里級(jí)真空環(huán)境光纖的雙量子密鑰分發(fā)和相位匹配量子密鑰分發(fā)，以及級(jí)的基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。結(jié)合最新發(fā)展的量子糾纏源技術(shù)、高效鏈路搜集技術(shù)等人類(lèi)首次實(shí)現(xiàn)量子通訊，安全性和規(guī)模化程度還將大大提高。
星地
量子通信，正成為高等級(jí)信息安全的未來(lái)方向。當(dāng)前，“以量子估算為代表的人類(lèi)算力恐嚇現(xiàn)有非對(duì)稱(chēng)密碼體系”這一判定早已是主要密碼技術(shù)國(guó)家的共識(shí)，各國(guó)紛紛啟動(dòng)的“抗量子估算”密碼研究就是證明。而量子保密通信，已經(jīng)成為近現(xiàn)代唯一一個(gè)由中國(guó)新創(chuàng)造的產(chǎn)業(yè)。目前我國(guó)多項(xiàng)核心技術(shù)研究領(lǐng)先全球，并且早已能實(shí)現(xiàn)核心部件的自主供給。更重要的是，我國(guó)有望成為全球相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則的制定者。
產(chǎn)業(yè)化落地先行者
行業(yè)先行者正在成為規(guī)則制定者的重要成員。截至2019年9月底，國(guó)盾量子正牽頭或參與29項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、密碼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。
2020年，距離潘建偉和彭承志等人創(chuàng)立國(guó)盾量子，是第11個(gè)年頭。已成為中國(guó)科學(xué)院教授的潘建偉是國(guó)盾量子第二大股東，曾獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的中交大博士生導(dǎo)師彭承志兼任公司董事長(zhǎng)，緣起于中交大、受安徽省扶植的國(guó)盾量子帶著濃郁的科技底色和服務(wù)國(guó)家安全的色調(diào)。
招股書(shū)顯示，國(guó)盾量子主要通過(guò)量子保密通信網(wǎng)路建設(shè)，為政務(wù)、金融、電力、國(guó)防等行業(yè)和領(lǐng)域提供組網(wǎng)及量子安全應(yīng)用解決方案。
目前，國(guó)盾量子主要為政府建立量子保密通信骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)，用量子秘鑰進(jìn)行信息傳輸，支持公共安全、稅務(wù)、司法、民政等數(shù)據(jù)的安全傳輸，該解決方案已用于西安、濟(jì)南、武漢、?？?、貴陽(yáng)等政府部門(mén)。
QKD產(chǎn)品是國(guó)盾量子的核心產(chǎn)品。2017-2019年，量子保密通信產(chǎn)品銷(xiāo)售金額分別為2.66億元、2.46億元、2.38億元，占主營(yíng)業(yè)務(wù)收入的比列分別為97.75%、95.81%、93.08%。而QKD產(chǎn)品分別占量子保密通信產(chǎn)品銷(xiāo)售額的62.06%、70.26%和59.64%。目前，一臺(tái)QKD產(chǎn)品平均售價(jià)為25.90萬(wàn)，價(jià)格較高，因此國(guó)盾量子的毛利率處于較高水平，2017-2019年分別為68.16%、74.33%、68.18%。
截至目前，我國(guó)已建成的實(shí)用化光纖量子保密通信網(wǎng)路總長(zhǎng)（光纜皮長(zhǎng)）已達(dá) 7000 余公里，其中超過(guò) 6000 使用了國(guó)盾量子提供的產(chǎn)品且處于在線運(yùn)行狀態(tài)。
公里
此外，核心技術(shù)上國(guó)盾量子亦是行業(yè)領(lǐng)先，目前擁有國(guó)內(nèi)外量子技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利212項(xiàng)以及多項(xiàng)非專(zhuān)利技術(shù)。且通過(guò)與現(xiàn)網(wǎng)寬帶光通信技術(shù)的融合，助推量子保密通信的大規(guī)模推廣。同時(shí)，布局芯片等前沿技術(shù)，改變核心元件被日本“卡脖子”的狀況。2017-2019年，公司研制投入占營(yíng)業(yè)收入的比列分別為25.89%、36.35%、29.45%，截至2019年底，技術(shù)人員占比為45.41%。
本次募集資金，國(guó)盾量子擬投入3.04億元用于量子通信網(wǎng)路設(shè)備項(xiàng)目和研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目，主要投入于高性能QKD技術(shù)、實(shí)用化星地量子通信系統(tǒng)研究、實(shí)用化短距自由空間量子通信終端研究等前沿技術(shù)。
2012年，合肥建設(shè)全球首個(gè)規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，隨后量子通信產(chǎn)業(yè)逐漸邁向全省。預(yù)期未來(lái)3-5年，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、西南地區(qū)、中西部地區(qū)等城市帶將相繼新建或改建量子通信城域網(wǎng)，金融、電力等其他領(lǐng)域亦空間巨大。目前，僅有國(guó)盾量子是專(zhuān)業(yè)從事量子保密通訊業(yè)務(wù)的上市公司，合作伙伴包括神州信息、中興通訊、中國(guó)電信等。
放眼世界，量子保密通信的商業(yè)應(yīng)用都處于中級(jí)階段。隨著組網(wǎng)技術(shù)的成熟和終端設(shè)備的小型化、移動(dòng)化，量子通信的應(yīng)用還將擴(kuò)充到聯(lián)通網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、個(gè)人與家庭、云存儲(chǔ)等領(lǐng)域，長(zhǎng)期有望形成量子云計(jì)算、量子傳感網(wǎng)等一系列全新應(yīng)用，真正步入量子互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。在這個(gè)德國(guó)、歐盟、日本紛紛瞄準(zhǔn)的戰(zhàn)略新興行業(yè)里，先行領(lǐng)到船票的國(guó)盾量子，值得期盼。