量子通訊是精典信息理論和量子熱學(xué)相結(jié)合的一門新興交叉學(xué)科，與成熟的通訊技術(shù)相比，量子通訊具有保密性強(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍匦裕菄H量子化學(xué)和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。量子通訊技術(shù)及其應(yīng)用關(guān)乎社會(huì)利益及國家安全，已成為21世紀(jì)信息安全領(lǐng)域發(fā)展的方向和主流。
行業(yè)概述
量子是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，是能量的最基本攜帶者。分子、原子、電子、光子等微觀粒子，都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。量子具有不可克隆和不可分割的基本特點(diǎn)。量子通訊是指借助量子力學(xué)基本原理或基于物質(zhì)量子特點(diǎn)的通訊技術(shù)。量子通訊是目前惟一已知的無條件安全通訊。借助量子不可克隆和不可分割的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)安全量子秘鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)不可破譯的保密通訊。量子通訊包括了量子秘鑰分發(fā)（QKD）和量子隱型傳態(tài)（QT）等典型應(yīng)用方式。
量子通信的優(yōu)勢
量子通訊相與傳統(tǒng)通訊方法相比，具有無條件安全傳輸、信息傳遞效率高、隱蔽性好、應(yīng)用廣泛、抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)勢。
①無條件安全傳輸：理論上，雖然功擊者具有無限的估算資源和任意數(shù)學(xué)學(xué)允許的信道監(jiān)聽手段，量子通訊仍可保證通訊雙方安全地交換信息。這是量子通訊相對(duì)傳統(tǒng)通訊最突出的優(yōu)勢。由于其秘鑰具有不可復(fù)制性和絕對(duì)安全性，一旦有人盜用秘鑰，整個(gè)通訊信息都會(huì)“自毀”并告知使用者。
②信息傳遞高效：借助量子態(tài)的疊加性和糾纏特點(diǎn)，有望以趕超精典通訊極限的條件下傳輸和處理信息。為此，量子通訊對(duì)金融、電信、軍事等領(lǐng)域有非常重要的意義，并在實(shí)際中最先獲得了發(fā)展和應(yīng)用。
③隱蔽性好：量子通訊沒有電磁幅射，第三方難以進(jìn)行無線竊聽或偵測。
④應(yīng)用廣泛：量子通訊與傳播媒介無關(guān)，傳輸不會(huì)被任何障礙阻隔，量子隱型傳態(tài)通訊能夠穿越大氣層。為此，量子通訊應(yīng)用廣泛，既可在太空中通訊，又可在海底通訊，還可在光纖等介質(zhì)中通訊。
⑤抗干擾性能強(qiáng)：量子通訊中的信息傳輸不通過傳統(tǒng)信道，與通訊雙方之間的傳播媒介無關(guān)，具有完好的抗干擾性能。
量子通信的發(fā)展歷程
量子通訊的發(fā)展大致可分為四個(gè)階段：探求和試驗(yàn)研究階段、理論重大突破階段、行業(yè)案例積累階段、生態(tài)逐漸建立階段。1993年，C.H.提出了量子通信的概念；同年來自四個(gè)國家的六位科學(xué)家提出了借助精典數(shù)學(xué)學(xué)與量子相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)量子隱型傳送的方案。
此后的二十多年中，全球量子通訊行業(yè)逐漸從理論試驗(yàn)邁向工程樣機(jī)量子傳輸 設(shè)備，相關(guān)安全性與網(wǎng)聯(lián)化的解決方案也不斷健全。我國量子通訊理論理論研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用兩方面都處于世界領(lǐng)先地位，與日本、英國、日本等國家并駕齊驅(qū)，目前已具備成熟的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。
量子通信的理論基礎(chǔ)
通訊理論和量子熱學(xué)是量子通訊領(lǐng)域的兩大理論來源。實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的量子通訊系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)須要以量子編碼理論為基礎(chǔ)，以特定的量子通訊合同為核心，通過運(yùn)用量子訊號(hào)形成、調(diào)制和偵測等關(guān)鍵技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)量子信息或精典信息的傳送。隨著通訊網(wǎng)路理論的發(fā)展以及量子中繼技術(shù)的突破，量子通訊網(wǎng)路有望從局域網(wǎng)路邁向更大規(guī)模廣域網(wǎng)路，乃至移動(dòng)全球范圍信息傳遞的通訊網(wǎng)路。
借助量子不可克隆和不可分割的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)安全量子秘鑰分發(fā)，借助秘鑰的不可復(fù)制和絕對(duì)安全性，最終可以實(shí)現(xiàn)不可破譯的保密通訊。在通過量子技術(shù)進(jìn)行安全通訊時(shí)，監(jiān)聽者會(huì)采取多種形式，但最終都將難以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子通訊的破譯。
核心技術(shù)
量子秘鑰分發(fā)（QKD）
量子秘鑰分發(fā)（QKD）是一種借助量子化學(xué)原理實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程秘鑰交換或協(xié)商的通訊過程。QKD可以提高加密通訊體系的常年安全性，是最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的量子信息技術(shù)。這一技術(shù)中的發(fā)送和接收裝置是通過量子信道和經(jīng)過認(rèn)證的精典信道相連的。量子信道用于傳輸由量子態(tài)承載的量子比特訊號(hào)，可以是光纖、衛(wèi)星鏈路等化學(xué)媒介。精典信道則用于發(fā)送方和接收方進(jìn)行基矢比對(duì)等數(shù)據(jù)后處理步驟的信息交互。目前的量子秘鑰分配分為單光子量子秘鑰分配（引誘態(tài)）和糾纏光子的量子秘鑰分配（糾纏態(tài)）兩種方案。
量子隱型傳態(tài)（QT）
量子隱型傳態(tài)（QT）又稱量子遙傳、量子隱型傳輸、量子隱型傳送、量子遠(yuǎn)距傳輸或量子遠(yuǎn)傳，是一種借助分散量子纏結(jié)與一些化學(xué)訊息的轉(zhuǎn)換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置的技術(shù)。C.H.在1993年提出了量子通訊概念，借助精典與量子相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)量子態(tài)隱型傳輸，即遙遠(yuǎn)兩地的通訊雙方首先分享一對(duì)糾纏粒子，其中一方將待傳輸量子態(tài)的粒子和自己手里的糾纏粒子進(jìn)行貝爾態(tài)檢測，之后將檢測的結(jié)果告知對(duì)方，對(duì)方則依據(jù)得到的信息進(jìn)行相應(yīng)的幺正操作。淺顯來講將甲地的某一粒子的未知量子態(tài)，可在乙地的另一粒子上還原下來。
量子中繼
量子中繼是實(shí)現(xiàn)量子態(tài)中繼傳輸，減少信道損失對(duì)于量子通訊距離和速度影響的技術(shù)。量子中繼器通過糾纏制備、糾纏分發(fā)、糾纏純化和糾纏交換來實(shí)現(xiàn)中繼功能的轉(zhuǎn)換器。量子訊號(hào)的傳輸距離由中繼級(jí)數(shù)決定。2019年，中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院在國際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)全光量子中繼器的原理性驗(yàn)證，為建立遠(yuǎn)距離光纖量子網(wǎng)路開辟了新途徑。
產(chǎn)業(yè)鏈
上游：產(chǎn)業(yè)鏈上游包括基礎(chǔ)研究、基礎(chǔ)設(shè)備制造商。基礎(chǔ)研究指院校、科研機(jī)構(gòu)企業(yè)提供量子通訊基礎(chǔ)研究成果、發(fā)明專利。量子通訊設(shè)備整體采購量較小，無法驅(qū)動(dòng)相關(guān)元件及芯片廠商的研制生產(chǎn)，但是目前我國元件商集中度較低，芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)薄弱。
中游：產(chǎn)業(yè)鏈中游的量子設(shè)備與解決方案提供環(huán)節(jié)包括了秘鑰分發(fā)及中繼、量子網(wǎng)段、量子路由等量子通訊設(shè)備制造商與系統(tǒng)集成商。中游是產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，相關(guān)公司把握量子通訊的核心技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
下游：產(chǎn)業(yè)鏈下旅客房主要涉及政務(wù)、金融、電力、國防等領(lǐng)域。下集會(huì)業(yè)和領(lǐng)域擁有大量重要信息和敏感數(shù)據(jù)，信息安全需求強(qiáng)烈，其對(duì)信息安全剛性需求有力地支撐量子保密通訊行業(yè)發(fā)展。
信息安全涉入到國家安全和社會(huì)穩(wěn)定，我國已將信息安全提高為國家安全戰(zhàn)略。近些年來量子傳輸 設(shè)備，我國推動(dòng)在量子科技領(lǐng)域的發(fā)展，相關(guān)的科研經(jīng)費(fèi)投入，專利申請布局和應(yīng)用探求等方面都具備較好的實(shí)踐基礎(chǔ)和發(fā)展條件。隨著國家逐步建立量子科技領(lǐng)域的頂樓設(shè)計(jì)，我國的量子科技行業(yè)或?qū)⒖焖侔l(fā)展，成為全球量子信息技術(shù)研究和應(yīng)用的主要推進(jìn)者。