大干新基建｜量子保密通信网是什么？山东、长三角都要建

在“京沪干线”这条国家示范性骨干线路建成近3年后，量子保密通信网络加快地方性延伸。

近日，山东省济南市政府工作报告提及将建设量子保密“齐鲁干线”。澎湃新闻了解到，这将是近期地方政府主导下规模最大的量子保密通信工程。

如果以交通基础设施类比，那中国量子保密通信网络在过去十年里已经从“地铁网络”走向了“高铁网络”，从国家“样板”建设走向地方积极融入，从应用示范走向产业化尝试。

量子保密通信网络是什么

简单来说，量子保密通信网络是为通信双方产生和分配安全密钥的网络。传统密钥依赖于数学和计算复杂性理论，而量子密钥以光子的量子态为载体，依赖物理学中的量子不可克隆定理。

我们可以理解为，微观世界中的粒子表现出许多与宏观世界截然不同的特性，量子态对于外界的干扰十分敏感，理论上任何窃听者都无法拦截一份量子信息而不被察觉，更无法自行正确地测量出这个量子信息。

在实际应用中，量子密钥分发需要和密码算法结合使用，也需要通过“量子信道+经典信道”来完成：量子信道传输量子信号，经典信道交互从中提取安全密钥的处理方法。

量子保密通信网络的部署也在现有的光纤网络基础设施（如中国电信等电信运营商）之上完成：在光纤网络的机房、站点内部署量子保密通信网络核心设备，通过量子密钥分发（QKD）技术在通信链路和网络中安全地分发密钥，形成覆盖面较为完整的量子保密通信网络。在用户侧，量子网络支持政务、金融、电力等行业下游的应用接入，进行二次开发。

从“地铁”到“高铁”

以铁路公路等交通基础设施类比，量子保密通信网络在过去十年间经历了从“地铁网络”到“高铁网络”的发展。

国内量子保密通信工程化和产业化最早出现在城域网领域。早在2010年，量子信息科研领军者中科大所在的安徽省，先后建成了量子通信芜湖及合肥城域网。

山东在2010年初引进了中科大量子通信产业化团队，在济南组建山东量子科学技术研究院有限公司。2013年，济南建成国内第一套实用化的大型量子保密通信城域网，总投资1.22亿元。

不过，由于量子信号不可复制、易受环境影响的特性，跨远距离的量子密钥传输不仅是简单的线路延长，也涉及设备和技术挑战。

在量子中继技术仍未成熟的情况下，地面上的可信中继站和天基卫星可以作为量子通信网络的现实续航手段。

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，可以视作量子保密通信领域的“京沪高铁”。2016年中科大发射了“墨子号”量子通信试验卫星，2017年“京沪干线”建成并和“墨子号”对接，初步建成了全球首个星地一体化的广域量子保密通信网络。

在“京沪干线”建设过程中，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。“武汉—合肥量子通信干线” 作为京沪干线的首条商业延伸线2016年启动，2018年建成。

近期长三角、山东提出的覆盖多个城市的量子保密通信网络，无疑是干线沿线城市和周边城市的进一步横向探索。

“京沪干线”量子保密通信设备供应商科大国盾量子技术股份有限公司技术人员向澎湃新闻表示，理想的量子保密通信网络发展模式是：以骨干网为基础，骨干网的建设带动干线沿线城市和周边城市城域网的建设，城域网建设的不断推进将进一步加快相关量子网络应用的不断拓展，反过来又将促进骨干网的建设。

量子保密通信网络怎么建？

下一步，量子保密通信骨干将如何延伸？澎湃新闻了解到，当前国内正在稳步推进建设的量子保密干线，主要是2018年国家发改委批复建设的“国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程”（以下简称一期工程），由中国科学院发起设立的国科量子网络有限公司承担了一期工程的运营任务，纳入中央预算内投资计划，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，计划建设周期是36个月。

稍早以前，还有社会资本主导建设了量子保密通信“沪杭干线”、“苏宁干线”、“京雄干线”等。

作为骨干网络的延伸，去年年底，国务院在《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》中明确“统筹布局和规划建设量子保密通信干线网，实现与国家广域量子保密通信骨干网络无缝对接，开展量子通信应用试点”。

合肥市政府4月份对外发布的《推动长三角地区更高质量一体化发展重点工作推进方案》透露，今后，将依托正在申报的量子信息国家试验室，结合国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程，共同建设覆盖华东地区的长三角城市群广域量子保密通信干线网。

具体来说，将统筹长三角量子保密通信干线网布局，编制《长三角城市群量子保密通信干线网布局规划》，联合论证网络系统架构，建立协同推进机制；完成主干网络建设，实现与国家广域量子保密通信骨干网络的无缝衔接。

布局多年，山东也保持着融入国家骨干网络的积极性。《山东省量子技术创新发展规划2018-2025》提出，济南市、淄博市、潍坊市和青岛市联合协作，先行建设连接济南青岛、横贯山东省东西的量子保密通信“齐鲁干线”及城域量子保密通信网络，并适时考虑向烟台、威海和济宁等周边地市延伸，将各市城域网与“京沪干线”相互联通。

量子保密通信网络怎么用？

地方性网络将量子密码基础设施落地的同时，更加重视培育商业化应用生态。

合肥提出，开展量子通信应用试点，围绕保障长三角城市群的金融、政务、电力等网络信息的安全传输，组织开展基于环网的安全保密通信服务，编制量子通信技术在金融、政务等领域的跨域应用试点方案，协同开展面向运营的广域量子通信网络技术验证、标准和检测手段的共建共享。

2013年建成济南量子保密通信试验网时，据山东省科技厅，50个省直机关事业单位、金融机构实现了语音电话、传真、文本通信和文件传输等量子保密传输业务。

如今，针对“齐鲁干线”，山东特别提出，开展量子保密通信应用试点，探索量子通信在政务、电力等行业的前沿应用，培育量子通信技术创新和应用生态。

济南今年还出台了国内首个量子通信产业规划，提出到2022年，建设8到10个国际顶尖的量子信息与量子科技前沿研究室，培育若干具有国际先进水平的量子企业，争取实现量子信息产业规模20亿元。

事实上，当前量子保密通信应用主要集中在信息安全中高端市场，主要依托于量子保密通信骨干网、城域网的建设和应用，应用于政务、金融、电力、国防等领域，其中部分单位已经从示范应用逐步向商业用户转变。

2017年来，基于量子保密通信的“云上加密”、“移动OA加密”、“量子安全印章”等应用产品逐步走向市场。一些经典通信和安全领域的优势企业也开始渗透进入量子通信市场。

业内人士透露，继中国电信北京研究院、上海电信、安徽电信参与量子通信业务后，中国电信有可能在集团层面和量子通信企业达成战略合作关系，共同开展量子保密通信网络与5G等新技术及业务应用的融合创新研究。