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              量子通訊產業鏈深度解析

              來源:未知  瀏覽數:  發表日期:
                量子通信是經典信息理論和量子力學相結合的一門新興交叉學科,與成熟的通信技術相比,量子通信具有保密性強、大容量、遠距離傳輸等特點,是國際量子物理和信息科學的研究熱點。量子通信技術及其應用關乎社會利益及國家安全,已成為21世紀信息安全領域發展的方向和主流。
                
                
                行業概述
                量子是構成物質的最基本單元,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形態。量子具有不可克隆和不可分割的基本特性。量子通信是指利用量子力學基本原理或基于物質量子特性的通信技術。量子通信是目前唯一已知的無條件安全通信。利用量子不可克隆和不可分割的特性可以實現安全量子密鑰分發,實現不可破譯的保密通信。量子通信包括了量子密鑰分發(QKD)和量子隱形傳態(QT)等典型應用形式。
                
                量子通訊的優勢
                
                量子通信相與傳統通信方式相比,具有無條件安全傳輸、信息傳遞效率高、隱蔽性好、應用廣泛、抗干擾性能強等優勢。
                
               ?、贌o條件安全傳輸:理論上,即使攻擊者具有無限的計算資源和任意物理學容許的信道竊聽手段,量子通信仍可保證通信雙方安全地交換信息。這是量子通信相對傳統通信最突出的優勢。因為其密鑰具有不可復制性和絕對安全性,一旦有人竊取密鑰,整個通信信息就會“自毀”并告知使用者。
               ?、谛畔鬟f高效:利用量子態的疊加性和糾纏特性,有望以超越經典通信極限的條件下傳輸和處理信息。因此,量子通信對金融、電信、軍事等領域有極其重要的意義,并在實際中最先獲得了發展和應用。
               ?、垭[蔽性好:量子通信沒有電磁輻射,第三方無法進行無線監聽或探測。
               ?、軕脧V泛:量子通信與傳播媒介無關,傳輸不會被任何障礙阻隔,量子隱形傳態通信還能穿越大氣層。因此,量子通信應用廣泛,既可在太空中通信,又可在海底通信,還可在光纖等介質中通信。
               ?、菘垢蓴_性能強:量子通信中的信息傳輸不通過傳統信道,與通信雙方之間的傳播媒介無關,具有完好的抗干擾性能。
                量子通訊的發展歷程
                
                量子通信的發展大致可分為四個階段:探索和試驗研究階段、理論重大突破階段、行業案例積累階段、生態逐步完善階段。1993年,C.H.Bennett提出了量子通訊的概念;同年來自四個國家的六位科學家提出了利用經典物理學與量子相結合的方法實現量子隱形傳送的方案。
                
                隨后的二十多年中,全球量子通信行業逐步從理論試驗走向工程樣機,相關安全性與網聯化的解決方案也不斷完善。我國量子通信理論理論研究和產業化應用兩方面都處于世界領先地位,與美國、英國、日本等國家并駕齊驅,目前已具備成熟的產業化基礎。
                量子通訊的理論基礎
                
                通信理論和量子力學是量子通信領域的兩大理論來源。實現一個完整的量子通信系統運轉需要以量子編碼理論為基礎,以特定的量子通信協議為核心,通過運用量子信號產生、調制和探測等關鍵技術,最終實現量子信息或經典信息的傳送。隨著通信網絡理論的發展以及量子中繼技術的突破,量子通信網絡有望從局域網絡走向更大規模廣域網絡,乃至聯通全球范圍信息傳遞的通信網絡。
                
                利用量子不可克隆和不可分割的特性可以實現安全量子密鑰分發,利用密鑰的不可復制和絕對安全性,最終可以實現不可破譯的保密通信。在通過量子技術進行安全通信時,竊聽者會采取多種方式,但最終都將無法實現對量子通信的破譯。
                
                
                核心技術
                量子密鑰分發(QKD)
                
                量子密鑰分發(QKD)是一種利用量子物理原理實現遠程密鑰交換或協商的通信過程。QKD可以提升加密通信體系的長期安全性,是最先實現產業化應用的量子信息技術。這一技術中的發送和接收裝置是通過量子信道和經過認證的經典信道相連的。量子信道用于傳輸由量子態承載的量子比特信號,可以是光纖、衛星鏈路等物理媒介。經典信道則用于發送方和接收方進行基矢比對等數據后處理步驟的信息交互。目前的量子密鑰分配分為單光子量子密鑰分配(誘騙態)和糾纏光子的量子密鑰分配(糾纏態)兩種方案。
                
                量子隱形傳態(QT)
                
                量子隱形傳態(QT)又稱量子遙傳、量子隱形傳輸、量子隱形傳送、量子遠距傳輸或量子遠傳,是一種利用分散量子纏結與一些物理訊息的轉換來傳送量子態至任意距離的位置的技術。C.H.Bennett在1993年提出了量子通信概念,利用經典與量子相結合的方法實現量子態隱形傳輸,即遙遠兩地的通信雙方首先分享一對糾纏粒子,其中一方將待傳輸量子態的粒子和自己手里的糾纏粒子進行貝爾態測量,然后將測量的結果告知對方,對方則根據得到的信息進行相應的幺正操作。通俗來講將甲地的某一粒子的未知量子態,可在乙地的另一粒子上還原出來。
                
                量子中繼
                
                量子中繼是實現量子態中繼傳輸,減小信道損失對于量子通信距離和速率影響的技術。量子中繼器通過糾纏制備、糾纏分發、糾纏純化和糾纏交換來實現中繼功能的轉換器。量子信號的傳輸距離由中繼級數決定。2019年,中國科學技術大學在國際上首次實驗實現全光量子中繼器的原理性驗證,為構建遠距離光纖量子網絡開辟了新途徑。
                
                
                產業鏈
                
                上游:產業鏈上游包括基礎研究、基礎設備制造商?;A研究指高校、科研機構企業提供量子通信基礎研究成果、發明專利。量子通信設備整體采購量較小,難以驅動相關器件及芯片廠商的研發生產,并且目前我國器件商集中度較低,芯片設計環節薄弱。
                中游:產業鏈中游的量子設備與解決方案提供環節包括了密鑰分發及中繼、量子網關、量子路由等量子通信設備制造商與系統集成商。中游是產業鏈的核心環節,相關公司掌握量子通信的核心技術,推動產業的發展。
                下游:產業鏈下游客戶主要涉及政務、金融、電力、國防等領域。下游行業和領域擁有大量重要信息和敏感數據,信息安全需求強烈,其對信息安全剛性需求有力地支撐量子保密通信行業發展。
                
                信息安全牽涉到國家安全和社會穩定,我國已將信息安全提升為國家安全戰略。近年來,我國加快在量子科技領域的發展,相關的科研經費投入,專利申請布局和應用探索等方面都具備較好的實踐基礎和發展條件。隨著國家逐漸完善量子科技領域的頂層設計,我國的量子科技行業或將快速發展,成為全球量子信息技術研究和應用的主要推動者。
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