全球及国内量子通信产业进展如何？

中国在 QKD 领域全球领跑，深耕技术突破与行业应用。

1.全球量子通信产业：美国和欧盟积极布局

美国：世界首个密钥分发网络，率先布局量子保密通信。美国是最先将量子通信列入国家战 略的国家。2003 年，DARPA 建立世界上第一个量子密钥分发保密通信网络。2007 年，美国 实现了两个独立原子量子纠缠和远距离量子通信。2016 年，美国航空航天局(NASA)用城市光 纤网络实现量子远距传输。美国国防部高级研究计划局(DARPA)量子网络是世界上第一个量 子密钥分发(QKD)网络，经营在从波士顿到马萨诸塞州剑桥市的 10 个光节点上，于 2003 年 10 月 23 日在 BBN 技术公司的实验室中全面投入使用，并于 2004 年 6 月通过暗光纤部署在 剑桥和波士顿的街道下，并连续运行了 3 年。该项目还创建并部署了世界上第一台超导纳米 线单光子探测器。

美国：通信网络+通信干线齐头并进，为量子网络发展奠定基础。2012 年，NASA 与澳大利 亚 Quintessence Labs 公司合作，提出了建设量子保密通信干线的计划，该线路从洛杉矶的喷 气推进实验室延伸到 NASA 的艾姆斯研究中心，涵盖了星地量子通信和无人机及飞行器的量 子通信链接。另一方面，2018 年，Quantum Xchange 公司宣布建设了全美首个量子互联网 ——Phio，从华盛顿到波士顿，沿美国东海岸总长 805 公里。2019 年 4 月，Quantum Xchange 与东芝公司合作，将 Phio 网络的容量翻一番，进一步提升了量子密钥分发（QKD）网络的 性能和实用性。

美国：开展量子网络链路测试，推动量子通信发展。纽约大学量子信息物理学中心（CQIP） 和量子安全网络技术公司 Qunnect 合作，使用 Qunnect 的量子安全网络技术，通过纽约市的 标准电信光纤发送量子信息，成功测试了布鲁克林海军造船厂和纽约大学曼哈顿校区之间 10 英里（16 公里）量子网络链路。在 10 英里的光纤中，Qunnect 和 CQIP 实现了以每秒 15000 对的速度传输高度纠缠的量子比特通过光缆，测试过程中链路正常运行时间达到 99%。此次 实验打开了纽约都市区的金融服务、关键基础设施和电信公司试点量子网络技术的大门。

美国：技术研发路线陷争议，未大规模部署，仅开展技术研究。一方面，美国国家安全局 2020 年表示不建议使用 QKD 确保国家安全系统中的数据传输。另一方面，美国能源部、哈德逊 研究所认为目前 QKD 仍然是量子通信领域最充分的应用。美国从 2003 年建立第一个 QKD 网络，之后发展进程较为缓慢。2007 年，美国实现了两个独立原子量子纠缠和远距离量子通 信。2016 年，美国航空航天局用城市光纤网络实现量子远距传输。2018 年 10 月，美国量子 公司 Quantum Xchange 才部署第一个量子密钥分发实用网络，支持纽约到新泽西的量子密钥 分发服务。对于美国而言，中国已在 QKD 投入巨额资金，抢占领先地位，要达到中国的规 模，必须投入大量的资金。所以发展抗量子密码被美视为比量子密钥分发更具成本效益且易 于维护的解决方案。

欧盟：集成多种量子密钥手段，构建量子通信网络。欧洲 SECOQC 量子通信网络由英国、 法国、德国、意大利等 12 个欧洲国家的 41 个伙伴小组共同设计研发，2004 年开始建设，2008 年在奥地利首都维也纳成功建成。该系统集成了多种量子密钥手段，包含 6 个节点。其组网 方式为在每个节点使用多个不同类型量子密钥分发的收发系统并利用可信中继进行联网。 SECOQC 量子通信实验网络结构中，6 个网络节点之间通过 8 条点对点量子密钥分发系统相 互连接。SECOQC 量子通信实验网络的 8 条链路中，有 7 条是光纤信道，最长为 85km，平 均链路长度为 20-30km，可确保在 25km 光纤链路上安全密钥率每秒钟超过 1Kb。

欧盟：光纤融入量子通信网络，世界首创端到端量子安全通信实验。2014 年，英国在 Birmingham、Glasgow、Oxford and York 四所大学设立量子中心用于量子保密通信的研究。同 年，英国电信(BT)和东芝两家公司于东芝研究实验室，共同在常规光纤通信网络上整合量子 保密技术，首次成功地将量子密码学搭载于 10Gbps 数据传输信号的光纤上传输。2016 年底， 他们发现量子密钥分发以及 100Gbps 数据亦可融进同样的光纤。同时，BT 与东芝欧洲研发 中心亦在合作打造量子通信网络(英国量子网络)。作为英国投入 2.7 亿英镑的国家量子技术项 目的一部分，该计划在剑桥、布里斯托、伦敦和阿达斯特拉尔科技园之间部署量子保密通信。 连接 BT 阿达斯特拉尔科技园和剑桥科技园的线路，2017 年上半年完工。此外，3020 年 11 月，英国电信(BT)与剑桥大学附属公司 Nu Quantum、物联网网络安全初创企业 Angoka、量 子计算公司 Duality Quantum Photonics 等合作，开始研究在 5G 和联网汽车安全通信开发方面 实现飞跃。英国电信指出，此举是一项“世界首创”的端到端量子安全通信试验的一部分， 该试验获得了由英国研究与创新(UKRI)资助机构提供的 770 万英镑资助，为期 36 个月。

欧盟：EuroQCI 项目陆续开展，预计 2027 年投入使用。欧洲量子通信基础设施（EuroQCI） 是一个覆盖整个欧盟及其海外领土的量子通信安全基础设施。欧盟委员会与所有 27 个欧盟 成员国以及欧洲空间局（ESA）合作，设计、开发和部署由地面部分和空间部分组成的 EuroQCI。 地面部分依赖于连接国家和跨境战略站点的光纤通信网络，而太空部分基于卫星进行建设。 EuroQCI 空间部分主要为欧盟委员会与 ESA 合作，基于已有的第一颗原型卫星 Eagle-1 的基 础上制定 EuroQCI 第一代卫星星座的规格，预计该卫星于 2025 年底或 2026 年初发射。

欧盟：紧随中国位居第二，全面建设部署国家级 QKD 网络。政策标准方面，2021 年 7 月， 欧盟 27 个成员国联合签署欧盟量子通信基础设施协议，共建欧盟量子安全通信基础设施。 2022 年 12 月，欧盟“欧洲量子技术旗舰计划”发布报告，建议全面建设区域、国家 QKD 网 络的部署。2023 年 8 月，国际标准化组织推出了首套专门针对 QKD 的安全要求标准。建设 部署方面，2022 年 9 月，欧空局 Eagle-1（测试远程量子密钥分发 QKD）计划 2024 年发射集 成 QKD 模块的卫星，这是第一个用于欧洲网络安全的卫星量子加密系统。2023 年 4 月，欧 洲电信标准化协会发布全球首个 QKD 保护轮廓以对制造商提交的 QKD 模块进行安全认证。 对于欧盟而言，“量子安全”最早是由欧洲电信标准化协会于 2015 年发布的《量子安全密码 及其安全性》白皮书中提及并由全球沿用的概念和定义。所以欧盟对于量子密钥分发和抗量 子密码两条保证量子安全的路线采取同时推进、全面部署的策略。

2.国内量子通信产业：三步走战略实现全覆盖

中国：明确实施三步走战略，助力量子通信产业快速发展。中国量子通信的“三步走”战略 主要包括以下几个阶段。1）第一步：基于现有光纤的城域网，这一阶段的目标是建立覆盖 城市范围的量子通信网络。中国已经建成了一些规模化的城域量子通信网络，例如合肥城域 量子通信试验示范网，这是世界上首个规模化量子通信网络。2）第二步：基于可信中继的 城际网，在这一阶段，中国计划通过量子中继器建立城际网络。量子中继器能够解决光子在 长距离传输中的损耗问题，从而实现更远距离的量子通信。3）第三步：基于卫星中转的洲 际网，最后，中国计划通过卫星中转实现全球范围内的量子通信网络。这包括发射量子科学 实验卫星，如“墨子号”，以实现星地之间的量子通信。 这些阶段的成功实施，使得中国在量子通信领域取得了显著的进展，并处于国际领先地位。 例如，“墨子号”卫星完成了三大科学实验任务，并建立了人类历史上首次洲际量子保密通 信。此外，中国还计划发射更多的量子卫星，以进一步扩展其量子通信网络。

骨干网+城域网建设成果显著，全长超过 1 万公里。2013 年国家发改委批复立项了世界首条 量子保密通信干线“京沪干线”，全长 2032 公里，总投资 5.6 亿元，沿线的北京、济南、枣 庄、宿州、合肥、上海等地也相继建成了城域网。2018 年国家发改委批复建设“国家广域量 子保密通信骨干网络建设一期工程”，建设京汉、汉广、沪合 3 条量子保密通信骨干网络, 总里程约 3800 公里。当前，根据国科量子官网介绍，国家广域量子保密通信骨干网络总长超 过 1 万公里，覆盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、东北等区域的 17 个省市约 80 个 城市。此外，由国科量子建设和运营的长三角区域量子保密通信骨干网建设成果于 2023 年 6 月在第五届长三角一体化发展高层论坛上正式发布。长三角量子网络线路总里程约 2860 公里， 形成了以合肥、上海为核心节点，链接南京、杭州、无锡、金华、芜湖等城市的环网，通过 量子业务运营支撑系统及量子卫星调度系统，为星地一体量子保密通信网络提供全方位保障。

天地一体量子保密通信网络蓄势待发，以星地量子通信为契机促进空间量子科学发展。基于 卫星平台的星地通信方案，具有信道损耗小、接入灵活性高、覆盖面广和生存性强等优点， 成为量子通信科学研究和实验探索的热点方向。2016 年 8 月，中科大联合航天科技集团等多 家单位，成功发射了全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，并在之后 4 年取得一系列国际 领先科研实验成功。2021 年 1 月，中科大 Nature 发文，对基于“墨子号”量子科学实验卫星 和量子保密通信“京沪干线”技术验证及应用示范项目，验证天地一体化量子通信组网可行 性科研成果进行回顾综述。通过提升工作频率、地面站望远镜尺寸和耦合效率，使用非平衡 选基新协议等改进措施，在理想气象条件下单轨（约 6 分钟）星地 QKD 密钥成码率比早期 结果提升 40 倍，可达 47.8bit/s，每周密钥生成量的理想化最大值约 36Mbit。

发布世界首颗量子微纳卫星“济南一号”发射，天地一体化广域量子保密通信网络初具雏形。 利用“墨子号”积累的成功经验, 我国研制并发射了世界首颗量子微纳卫星“济南一号”, 为 构建低成本、实用化的量子星座奠定基础。同时, 地面接收站的重量也已由十几吨降到 100 kg 左右, 可初步支持移动量子通信。结合“墨子号”量子卫星与“京沪干线”, 我国率先构建 了天地一体化广域量子保密通信网络的雏形，成为近年来国际量子信息研究的一大标志性事 件。 “济南一号”提升明显，量子通信网络规模化应用成为可能。“济南一号”作为商业卫星， 相对于墨子号，有了进一步的发展。“济南一号”量子密钥分发载荷只有 23 公斤，即使算上 整星，也只有 98 公斤，仅是“墨子号”的六分之一，尺寸、功耗大大减小，研发成本和发 射成本远低于“墨子号”。与“济南一号”配合的地面站，在小型化方面也取得突破性进展， 其重量由 12 吨左右降至 100 公斤以下，安装部署时间由数月降低至数小时。“济南一号”将 原有的量子通信信道和光通信信道合二为一，可以实时地进行密钥提取和成码，时效性比 “墨子号”提升了 2-3 个数量级，增加了“济南一号”实用化前景，同时研发及发射成本也 大大降低。随着“济南一号”的研发和顺利升空，构建低成本、实用化的天地一体化量子保 密通信网络成为可能。

微纳卫星+小型化地面站，成就星地密钥分发网络开端。对于完整的空地一体广域量子通信 网络体系来说，“济南一号”只是其中低轨卫星网络的开始。因为，想要最终实现实用化、 全球化的量子通信网络，满足数目日益增长、现实需求不同的客户，必须科学布局中高轨量 子卫星、低轨量子通信卫星星座和大规模的地面光纤量子通信网络，根据实际需要，三个体 系相互配合。但同时，“济南一号”又是重要的一大步，它标志着我国将在世界上首次实现 基于微纳卫星和小型化地面站之间的实时星地量子密钥分发。未来，将会迎来更多的低轨量 子密钥分发终端，可以为全球大约 100 多个用户提供高频、安全的量子密钥服务。

中国在 QKD 领域全球领跑，深耕技术突破与行业应用。当前我国 QKD 相关技术逐渐走入 世界前列，并初步形成一条探索型产业链。自由空间传输方面，以“墨子号”为代表的关键 工程已实现 1200 千米通信距离的星地量子密钥分发，标志着我国已率先进入 QKD 广域网建 设领域，向天地一体量子安全网络逐步演进。中继光纤网络方面，光纤量子保密通信骨干网 “京沪干线”、中国合肥量子城域网取得突破，通过联通 8 个核心网站点和 159 个接入网站 点向可实用规模的量子保密通信网络演进，且以成功应用于金融、政务、医疗等多个领域， 并有望拓展至四县一市，接入国家量子骨干网。就目前发展而言，我国将持续深耕量子通信 技术，加强量子网络建设，持续探索量子保密通信行业应用和产业化落地。