光子盒研究院出品
密碼技術是網路安全技術的基石，量子信息安全使用基于量子化學的密碼技術(QKD、QT、QSDC等)和基于物理算法的密碼技術(PQC)。這種新一代加密技術可嵌套在整個網路的不同環節，提供一個額外的安全層，肩負起抗擊量午時代的信息安全重擔。基于數學的QKD密碼技術當前已有一定應用，但仍在發展階段；基于物理算法的現代密碼學體系已建立且大量應用，但密碼破解技術卻仍然在挑戰和剌激著新一代密碼技術不斷演化。
當前實踐量子信息安全的研究與應用保障極具現實意義，必須采取舉措以保護重要的數字信息不受量子功擊的恐嚇。
2023年量子通訊 優點，ICV聯合中國的量子科技平臺公司光子盒，共同在全球發布《2023全球量子通訊與安全產業發展展望》，借以促進社會各界對量子信息科技的了解，并為商界、學界、商界提供全球量子前沿研究和產業決策參考和建議。
后臺回復“2023量子通訊”，獲得英語版報告原文；英文版仍在緊張編譯，明天，光子盒公眾號平臺將發布英文版報告，敬請期盼！
原文鏈接：
技術進展
為了解決量午時代的信息安全問題，出現了不同的技術及產品。無論是以數學為基礎的方法，還是以物理為基礎的方法，終極目的都是為了能將現有網路信息傳輸的風險減小。本章從以數學基礎為主的加密技術和以物理基礎為主的加密技術作為大類，將2022年的各項進展按技術、應用和標準三大方面進行展開剖析。
1）基于衛星的QKD已有多國參與研究，以期發射微納衛星以驗證組網技術。衛星傳輸是除光纖傳輸之外的重要傳輸方法，也是目前量子通訊的主要發展技術。由量子通訊衛星組成的天地一體的量子網路進一步展開實驗，各國均希望在網路安全和通訊方面的擁有自主權，通過印證衛星組網的方案，將量子保密通訊網路向經濟化、小型化、商業化發展。中國、英國、新加坡、荷蘭、盧森堡、法國、加拿大、印度等國均在2022年有衛星QKD進展。
2）基于光纖傳輸的QKD線路刷新距離，為千公里陸基QKD打下基礎。基于光纖的傳輸在2022年在QKD和量子安全直接通訊(QSDC)兩類技術閃，寬度方上均刷新了厚度紀錄。量子秘鑰分發(TF-QKD)的傳輸距離刷新到833公里，這一成果向將千公里陸基量子保密通訊更邁進一步。據悉，TF-QKD也是近些年來主要的發展細分方向，TF-QKD合同具有秘鑰速度隨信道透過率平方根尺度增長的優勢，是超遠距離QKD的新方向。QSDC的傳輸距離刷新至100公里。
3）子系統縱深發展，高性能光源、量子中繼器等核心上游元件是重要提高點之一。QKD系統的提高，不僅在安全性這一核心方面在提高，也在核心組件級方面弄成努力，比如高品質光源。不僅在QKD系統中應用，量子光源技術還可能賦能量子估算和量子精密檢測，因而，發展新一代光源這一基礎技術及元件，將為多個未來應用提供可能性。
4）DI-QKD和MDI-QKD為主要前沿技術提高方向，尚不構成商業應用的能力。設備無關量子秘鑰分發(DI-QKD)和檢測設備無關量子秘鑰分發(MDI-QKD)合同是2022年度學術論文成果詮釋的重要方向，MDI是解決功擊方控制偵測器，DI是解決功擊方控制所有設備。須要明晰的是，這種技術都是假定功擊方能力十分強悍的實驗驗證，目前離產業化還很遠。
5）交叉研究正成為量子通訊技術邁向實用化的必經之路。5G甚至6G與量子通訊與安全的結合，以及估算網路等更多領域與量子通訊與安全的結合都是基于當前的已有的成熟技術展而開交叉性研究。無論量子通訊與安全技術本身如何發展，與全行業的交叉研究是使這項技術真正邁向實用化必經的階段。
6）NIST標準化項目、算法應用研制、推廣遷移布署是PQC領域三大重要工作。2022年PQC的主要進展表現為三方面：
7）網路安全、物聯網、半導體等領域公司涉足PQC，展開自研或合作研制。2022年，有更多的網路安全公司、物聯網和半導體公司舉辦量子通訊與安全業務，由于這類公司有著強悍的應用結合，其傳統業務離不開為信息安全傳輸。
8）日本是PQC推動的主導者，在標準化和實際實行方面動作頻繁。日本仍然是全球PQC的主要推動力量，2022年，法國拜登政府通過國家安全備忘錄，以及和G7集團聯合簽訂合同，不斷深化PQC發展速率。
9）PQC不具備立刻商業化的條件，精典密碼向抗量子密碼的過渡仍有挑戰。
產業生態
量子通訊與安全領域是在當前信息通訊與網路安全產業的基礎上，因為新技術的出現，豐富了信息安全產業生態。同時，由于量子通訊與安全技術仍為前沿技術，作為輔助產業發展的科研儀器設備，尤其是一些提供精密檢測、物態穩定(比如高溫設備)的產品實際上也為該產業提供設備。
1）上游
量子通訊與安全領域產業鏈的上游是提供核心設備及組件的供應商。目前PQC的商業化形態預估會與密碼算法行業類似，其上游可能為一些軟件類的開發工具和硬件類的測試設備等。目前還未產生針對于PQC的完整產業鏈，因而未列入本次產業鏈上游研究范疇。QKD網路的搭建目前主要為基于光纖的網路和基于衛星兩種，基于光纖的QKD網路基礎設施建設占絕大多數。
QKD上游核心設備。注：部份公司的LOGO出現多次，借以顯示該公司在不同的版塊均有業務涉及。
因而，精典的光通訊產品在QKD的產業鏈中也有使用，但這種產品較為成熟(比如電源、光纖、廣電調制器、偏振分束器、PFGA、模數轉換器等)且應用廣泛，因而未納入本次產業供應商圖譜。這次研究主要關注核心的、新型的量子通訊產品。這類公司提供光源(比如激光器、糾纏源)、光子偵測器、QRNG和其他組件(比如量子儲存器在遠距離量子通訊及量子互聯網發揮重要作用)。這種產品共同構成QKD設備產品(比如量子秘鑰分發機、量子秘鑰接收機或量子秘鑰接收一體機)。
2）中游
產業鏈中游為提供量子通訊與安全領域整體解決方案的供應商，比如，它們有些是集成上游產品，以及提供配套軟件或平臺系統，為QKD網路的施行提供最核心的支持。中游的公司主要分為借助量子化學學原理為主開發產品及解決方案的公司(比如QKD設備提供方富士通和國盾量子)，借助物理算法開發產品及解決方案的公司(比如美國PQ和中國量安科技)，以及研制秘鑰管理、量子安全通訊SaaS的公司。
量子通訊和安全中游
量子通訊和安全公司。注：本圖行業參與者主要考慮以量子技術為核心業務的公司，傳統企業涉足量子領域不涉及。
3）下游
產業鏈下游為量子安全產品需求方及使用方。目前量子安全技術的下游應用仍處在依循行業應用可能性的探求階段。
量子通訊和安全的下游-應用
公司剖析
目前，QKD是量子通訊與安全領域里最成熟的技術產品，早已在多國多行業展開應用，因為PQC算法尚在標準化階段，雖然早已有好多技術供應商出現，但仍需待標準公布后搜集市場對實際產品的反饋。本次評價主要針對擁有QKD整套系統解決方案能力的供應商進行評價。按照CTF模型對4個層級扇面的定義，QKD領域供應商評價如下：
注：供應商評價是為了使采購方及廣泛的行業參與者(比如投資機構)了解當前企業的相對狀態，為決策提供幫助。使用未來技術評價的CTF模型(-edgeTechFan)，從技術(包括技術就緒程度和在研技術儲備等)、市場(市場開拓情況和市場占有率)、企業綜合積累等多個維度評價供應商。
QKD公司的比較。注：以上公司僅考慮由于量子技術而創立的公司，QKD只是富士通亞洲公司的業務之一，不在對比范疇內。
基建發展
2022年，澳洲、加拿大、英國、法國、韓國、中國、波蘭、印度等國的量子通訊網路基礎設施建設進一步發展。
投資概況
2022年度融資呈現的主要特征如下：
1）2022年量子通訊與安全領域融資與2021年相比急劇下滑。2022年度量子通訊與安全領域共有21家初創公司獲得約3.96億港元融資，包括3個未披露融資金額的公司(美國QNuLabs公司、中國南京硅臻量子公司、中國弦海量子公司)。
2）資金投向日本企業最多，其次是德國、英國、中國、澳大利亞。2022年被投企業來自11個國家(美國、丹麥、美國、加拿大、韓國、德國、印度、俄羅斯、澳大利亞、瑞士、中國)。從已披露的融資金額來看(美國QNuLabs未披露金額)，資金投向日本公司金額最高(約1.88億港元，6家公司)，其次為英國(約0.75億港元，2家公司)、英國(約0.44億港元，4家公司)、中國(約0.41億港元，4家公司)。出現這一情況的誘因可能包括德國的量子通訊與安全初創企業數目較多，日本網路安全領域新政發布較多，歐美資本市場愈發開放和活躍等。
3）融資類型仍然以初期為主，種子輪和A輪占比最高。本次融資統計按融資類型分為天使輪、種子輪、A輪(含pre-A、A+)、B輪(含B+)、C輪、政府捐助、其他(戰略投資、定向配股、認股權證)。從融資類型來看，A輪融資最多(9次，占比39%)，其次是種子輪(5此，22%)，這說明被投企業的融資階段多處在初期，距離上市還有一定距離。這與量子通訊與安全領域仍屬于前沿技術的初期發展階段的情況相符。
4）2022年融資風波次數從2021年的30件降至23件。2022年度總計發生融資風波23件，較2021融資風波數有所減少。而且，單件融資額高于2022年水平，約為1721萬港元，但低于2020年平均值。
5）QKD、QRNG等硬件為主的企業融資比PQC企業融資支出高。從已披露投融資數據來看，2022年的有6家PQC領域的企業獲得融資，它們是(日本)、HEAANLAB(美國)、(日本)、(美國)、AQ(日本)、杭州量安科技有限公司(中國)，共獲得約2.09億港元投資。2022年有11家量子化學加密領域的企業獲得投資，它們是Aegiq(美國)、Alea-(德國)、Pixel(美國)、QNULabs(美國)、(美國)、(美國)、(日本)、Terra(德國)、合肥硅臻量子(中國)、上海弦海量子(中國)、浙江九州量子(中國)，共獲得約1.51億港元投資。2022年有3家量子軟件平臺類公司獲得3筆融資，它們是Arqit(日本)、(日本)、(日本)，共獲得約0.36億港元投資。
6）多國政府持續向量子通訊與安全領域斥資，用于產業、學科建設、人才等方面。
7）投向量子產業的資金來源多元化，迸發創新創業潛力，有助于促進量子產業發展。
產業規模
量子信息與安全領域的產品及技術服務主要歸屬于網路安全領域，是網路安全這一龐大產業中的一個較為核心和根本的子產業，向上可延申至多個行業涉及的安全產品中。
量子信息與安全產業從目前早已發展的形態來看，主要是由量子化學加密產品與技術(比如QKD)、PQC、QRNG等帶來的產業價值。
1）QKD
QKD產品已出現多年，如今主要為產品升級迭代，逐漸替換現有產品中的組成部份，使其性能更優越、價格更具應用優勢、整機規格更小等，QKD產品不存在對傳統這種行業產品的取代。
2022年全球QKD市場規模較2021年有所增長，預計約為8億歐元，受COVID-19影響，往年由政府資金支持的項目遭到影響，好多項目也因疫情和經濟增速疲弱而終止或進展平緩。隨著全球經濟的逐漸恢復和疫情常態化發展，到2025年，預計市場規模達到35.04億港元，約為2022年底的5倍。
2019-2025E全球QKD產業規模
2022E-2025E全球QKD下游應用占比預測
2022E-2025E全球QKD產業結構
2）QRNG
量子隨機數發生器(QRNG)是一個組件級產品，不像QKD設備須要多個組成部份構成，對于一些想要步入量子產業的創業者來說是一個可以快速切入的領域。并且，QRNG應用廣泛，除了在量子信息領域，在估算模擬、金融支付、生物植入等領域也能發揮價值。QRNG會隨著產品性能及規模效應逐漸取代一些現有隨機數產品。
2022-2030E全球QRNG產業規模(單位：百萬美金)
3）PQC
PQC產品形態可以軟件和硬件作為分辨，軟件類產品(含算法)可能應用于瀏覽器等應用，硬件類產品可能會以芯片或嵌入芯片的模塊等產品方式逐漸安裝進一些IoT等設備中，因為PQC是對當前使用算法的升級或可理解為降低一道“防線”，存在一些對傳統安全軟件或芯片的取代。
PQC市場下降與PQC標準化進程及量子計算機的實用化有較大關聯。預計2022年PQC產業規模還處在早期階段，約為1000萬美元，到2025年有較大下降，預計約達到17億美元，到2030年達到500億港元。
2022-2030E全球PQC產業規模(單位：百萬美金)
展望觀點
1）QKD與PQC繼續上演最佳解決方案之爭。
基于已實現和驗證和可預見的未來，QKD和PQC可能并不會互相替代，它們各有優劣點。諸如，QKD可能存在硬件漏洞或使布署方降低使用成本，PQC可能會在某刻被破解。但是，當前已有多個團隊在試驗二者結合的方案。未來，可能會依照不同的信息安全等級需求、不同的應用場景以及其他誘因，選擇QKD或PQC技術方案，再或則是兩種解決方案一起布署。
2）QKD發展目標仍為實現將通訊距離擴充到可實用的規模
雖然QKD當前多項性能參數具有吸引力，但仍有提高空間，為了滿足量子通訊更廣泛的實用目標，新的方案仍會接連不斷出現。隨著實驗的舉辦，現有QKD應用技術迭代升級與新款發布也將伴隨并行。
3）QRNG獨立發展，進行技術迭代，拓展場景應用
目前，手機市場和智能駕駛車輛市場是距離大眾社會生活近來、最為熱門的QRNG下游應用，三星公司早已連續兩年推出帶有QRNG芯片的量子5G手機，盡管兩年來公布的芯片規格未發生變化，但受保護的手機應用有所降低；LG公司、360公司早已開始了QRNG智能駕駛的應用測試研究。在大眾不太能看見的另一面，數據中心及云端應用可能是更大的市場，由于數據傳輸的底層正來始于此。
未來，以大型設備形態和以芯片形態的QRNG產品將繼續分別服務于數據中心/云端應用和聯通應用，聯通應用包括手機、網聯車輛等，價錢經濟的QRNG芯片將會逐漸應用到這種產品中。
4）PQC算法的開發早已在進行中，但其應用規劃仍處于起步階段
向后量子加密算法的過渡既取決于這種算法的開發，也取決于它們的采用。創建新的抗量子密碼學標準的NIST進程正在進行中。中國目前仍未公開機構正在推動后量子加密算法，但按照中國過往密碼算法及其他相關項目推動舉措，其實在NIST發布后的三年內，即會舉辦中國。
5）在標準化未結束前，采用精典+混和可能減少風險
當下，可以實用精典和抗量子的混和方案，以減少潛在的風險。由于，假如最終量子計算機成為現實，它不可能直接攻占使用后量子秘鑰加密的信息。雖然在精典向抗量子密碼過渡期間發覺抗量子算法存在的安全問題，也可以盡快提出解決方案。
6）全球合作有助于優勢互補，加速技術推向應用的時間表
2022年，量子通訊及量子信息科學領域里的全球合作頻出，這種合作的目的主要是為了以他國的優勢補齊本國的劣勢，或則是招攬共建全球、區域或盟國產業鏈，以期通過聯合的形式對抗一些國際關系變動帶來的不確定性。通過多樣的合作方式，雙方取長補短，技術互補，對于量子這一新技術的推動可以起到一定的加速作用。
7）量子通訊與安全領域的投資將逐漸復蘇并有新標的出現
從宏觀經濟層面來看，2022年是疫情肆虐全球的第五年，世界上主要的經濟體在這一年都漸漸放寬疫情限制，這對整個經濟循環來說，及時地注入的動力。
從中觀國家層面來看，愛爾蘭2022年QIS預算自2019年至今首次回升，美國也出現過政府對既定量子項目投資增長的新聞，不排除這樣的結果與2022年俄烏沖突導致的支出降低及受COVID-19疫情帶來的經濟下行有關。但更多的國家，在量子通訊與安全領域的支持尚未衰弱。
從微觀企業層面來看量子通訊 優點，2022年諾貝爾化學學獎頒給量子信息領域，這是對量子信息科學的極大認可，在這一撥信息潮的，有一大批公眾開始曉得量子、關注量子，從而在未來的擇學擇業中選擇量子信息科學，這對未來的人才儲備有正向影響。而且，這樣的正向影響對于投資機構來說還不夠，機構是理性的，初創公司在近兩年的疫情中，成績必然遭到某種程度的折扣，原定的融資計劃可能延后，投資標的數目下降平緩。
8）主要科技國均以量子科技匯聚培植產業生態
不僅科學和技術研究的聯盟之外，多國政府均覺得量子技術是推動本國未來經濟下降點的重點行業，因而，以發展產業為導向的行業聯盟和商會逐漸在創立。
9）以行業大會等增進溝通方法益于量子新技術發展
行業大會的召開，是在地區范圍內、產業聯盟范圍內較為有效的溝通，可以減短行業發展進程。量子技術到目前為止還是一個少部份技術實用化，大量技術實驗驗證和工程試用階段。量子技術似乎可以創造新的市場，但對于早已在量子通訊與安全領域的公司，尤其是初創公司來說，前行難度較大。由于，有好多的應用場景是創新的，不被接受的，有一些是取代傳統的，但高研制費用帶來的高產品價位，讓好多下游用戶都無法采購或大規模采購，若企業不能有足夠來自國家和投資機構的資金注入，產品迭代和降本漲價的動力欠缺，科普宣傳不到位，社會不接納，那市場就很難變大，新的產業參與者步入趨緩，市場不活躍。這一切將會深陷惡性循環。為此，號召政府、大型企業積極參與到量子產業發展的支持中，通過對企業的支持，對社會的正確宣傳，為量子企業營商改善環境。為此，未來的社會必定是量子的時代。
10）盲目豁達無益于產業發展，需不斷解決實際問題方能繼續前行
雖然2022年全球多個國家一定程度上放寬了由疫情造成的出入境限制，但國際關系嚴峻形勢并未得到改善。尤其在具有戰略性和前沿性的科學技術領域，各國雖都希望展開合作，但也抱有慎重心態，交流和合作的國界感隱性存在。