量子通讯行业发展深度解析
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量子通信是经典信息理论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科，与成熟的通信技术相比，量子通信具有保密性强、大容量、远距离传输等特点，是国际量子物理和信息科学的研究热点。量子通信技术及其应用关乎社会利益及国家安全，已成为21世纪信息安全领域发展的方向和主流。
行业概述
量子是构成物质的最基本单元，是能量的最基本携带者。分子、原子、电子、光子等微观粒子，都是量子的一种表现形态。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学基本原理或基于物质量子特性的通信技术。量子通信是目前唯一已知的无条件安全通信。利用量子不可克隆和不可分割的特性可以实现安全量子密钥分发，实现不可破译的保密通信。量子通信包括了量子密钥分发（QKD）和量子隐形传态（QT）等典型应用形式。
量子通讯的优势
量子通信相与传统通信方式相比，具有无条件安全传输、信息传递效率高、隐蔽性好、应用广泛、抗干扰性能强等优势。
①无条件安全传输：理论上，即使攻击者具有无限的计算资源和任意物理学容许的信道窃听手段，量子通信仍可保证通信双方安全地交换信息。这是量子通信相对传统通信最突出的优势。因为其密钥具有不可复制性和绝对安全性，一旦有人窃取密钥，整个通信信息就会“自毁”并告知使用者。
②信息传递高效：利用量子态的叠加性和纠缠特性，有望以超越经典通信极限的条件下传输和处理信息。因此，量子通信对金融、电信、军事等领域有极其重要的意义，并在实际中最先获得了发展和应用。
③隐蔽性好：量子通信没有电磁辐射，第三方无法进行无线监听或探测。
④应用广泛：量子通信与传播媒介无关，传输不会被任何障碍阻隔，量子隐形传态通信还能穿越大气层。因此，量子通信应用广泛，既可在太空中通信，又可在海底通信，还可在光纤等介质中通信。
⑤抗干扰性能强：量子通信中的信息传输不通过传统信道，与通信双方之间的传播媒介无关，具有完好的抗干扰性能。
量子通讯的发展历程
量子通信的发展大致可分为四个阶段：探索和试验研究阶段、理论重大突破阶段、行业案例积累阶段、生态逐步完善阶段。1993年，C.H.Bennett提出了量子通讯的概念；同年来自四个国家的六位科学家提出了利用经典物理学与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案。
随后的二十多年中，全球量子通信行业逐步从理论试验走向工程样机，相关安全性与网联化的解决方案也不断完善。我国量子通信理论理论研究和产业化应用两方面都处于世界领先地位，与美国、英国、日本等国家并驾齐驱，目前已具备成熟的产业化基础。
量子通讯的理论基础
通信理论和量子力学是量子通信领域的两大理论来源。实现一个完整的量子通信系统运转需要以量子编码理论为基础，以特定的量子通信协议为核心，通过运用量子信号产生、调制和探测等关键技术，最终实现量子信息或经典信息的传送。随着通信网络理论的发展以及量子中继技术的突破，量子通信网络有望从局域网络走向更大规模广域网络，乃至联通全球范围信息传递的通信网络。
利用量子不可克隆和不可分割的特性可以实现安全量子密钥分发，利用密钥的不可复制和绝对安全性，最终可以实现不可破译的保密通信。在通过量子技术进行安全通信时，窃听者会采取多种方式，但最终都将无法实现对量子通信的破译。
核心技术
量子密钥分发（QKD）
量子密钥分发（QKD）是一种利用量子物理原理实现远程密钥交换或协商的通信过程。QKD可以提升加密通信体系的长期安全性，是最先实现产业化应用的量子信息技术。这一技术中的发送和接收装置是通过量子信道和经过认证的经典信道相连的。量子信道用于传输由量子态承载的量子比特信号，可以是光纤、卫星链路等物理媒介。经典信道则用于发送方和接收方进行基矢比对等数据后处理步骤的信息交互。目前的量子密钥分配分为单光子量子密钥分配（诱骗态）和纠缠光子的量子密钥分配（纠缠态）两种方案。
量子隐形传态（QT）
量子隐形传态（QT）又称量子遥传、量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传，是一种利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。C.H.Bennett在1993年提出了量子通信概念，利用经典与量子相结合的方法实现量子态隐形传输，即遥远两地的通信双方首先分享一对纠缠粒子，其中一方将待传输量子态的粒子和自己手里的纠缠粒子进行贝尔态测量，然后将测量的结果告知对方，对方则根据得到的信息进行相应的幺正操作。通俗来讲将甲地的某一粒子的未知量子态，可在乙地的另一粒子上还原出来。
量子中继
量子中继是实现量子态中继传输，减小信道损失对于量子通信距离和速率影响的技术。量子中继器通过纠缠制备、纠缠分发、纠缠纯化和纠缠交换来实现中继功能的转换器。量子信号的传输距离由中继级数决定。2019年，中国科学技术大学在国际上首次实验实现全光量子中继器的原理性验证，为构建远距离光纤量子网络开辟了新途径。
产业链
上游：产业链上游包括基础研究、基础设备制造商。基础研究指高校、科研机构企业提供量子通信基础研究成果、发明专利。量子通信设备整体采购量较小，难以驱动相关器件及芯片厂商的研发生产，并且目前我国器件商集中度较低，芯片设计环节薄弱。
中游：产业链中游的量子设备与解决方案提供环节包括了密钥分发及中继、量子网关、量子路由等量子通信设备制造商与系统集成商。中游是产业链的核心环节，相关公司掌握量子通信的核心技术，推动产业的发展。
下游：产业链下游客户主要涉及政务、金融、电力、国防等领域。下游行业和领域拥有大量重要信息和敏感数据，信息安全需求强烈，其对信息安全刚性需求有力地支撑量子保密通信行业发展。
信息安全牵涉到国家安全和社会稳定，我国已将信息安全提升为国家安全战略。近年来，我国加快在量子科技领域的发展，相关的科研经费投入，专利申请布局和应用探索等方面都具备较好的实践基础和发展条件。随着国家逐渐完善量子科技领域的顶层设计，我国的量子科技行业或将快速发展，成为全球量子信息技术研究和应用的主要推动者。
量子是构成物质的最基本单元，是能量的最基本携带者。分子、原子、电子、光子等微观粒子，都是量子的一种表现形态。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学基本原理或基于物质量子特性的通信技术。量子通信是目前唯一已知的无条件安全通信。利用量子不可克隆和不可分割的特性可以实现安全量子密钥分发，实现不可破译的保密通信。量子通信包括了量子密钥分发（QKD）和量子隐形传态（QT）等典型应用形式。
量子通信相与传统通信方式相比，具有无条件安全传输、信息传递效率高、隐蔽性好、应用广泛、抗干扰性能强等优势。
②信息传递高效：利用量子态的叠加性和纠缠特性，有望以超越经典通信极限的条件下传输和处理信息。因此，量子通信对金融、电信、军事等领域有极其重要的意义，并在实际中最先获得了发展和应用。
③隐蔽性好：量子通信没有电磁辐射，第三方无法进行无线监听或探测。
④应用广泛：量子通信与传播媒介无关，传输不会被任何障碍阻隔，量子隐形传态通信还能穿越大气层。因此，量子通信应用广泛，既可在太空中通信，又可在海底通信，还可在光纤等介质中通信。
⑤抗干扰性能强：量子通信中的信息传输不通过传统信道，与通信双方之间的传播媒介无关，具有完好的抗干扰性能。
量子通讯的发展历程
量子通信的发展大致可分为四个阶段：探索和试验研究阶段、理论重大突破阶段、行业案例积累阶段、生态逐步完善阶段。1993年，C.H.Bennett提出了量子通讯的概念；同年来自四个国家的六位科学家提出了利用经典物理学与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案。
量子通讯的理论基础
通信理论和量子力学是量子通信领域的两大理论来源。实现一个完整的量子通信系统运转需要以量子编码理论为基础，以特定的量子通信协议为核心，通过运用量子信号产生、调制和探测等关键技术，最终实现量子信息或经典信息的传送。随着通信网络理论的发展以及量子中继技术的突破，量子通信网络有望从局域网络走向更大规模广域网络，乃至联通全球范围信息传递的通信网络。
量子密钥分发（QKD）
量子密钥分发（QKD）是一种利用量子物理原理实现远程密钥交换或协商的通信过程。QKD可以提升加密通信体系的长期安全性，是最先实现产业化应用的量子信息技术。这一技术中的发送和接收装置是通过量子信道和经过认证的经典信道相连的。量子信道用于传输由量子态承载的量子比特信号，可以是光纤、卫星链路等物理媒介。经典信道则用于发送方和接收方进行基矢比对等数据后处理步骤的信息交互。目前的量子密钥分配分为单光子量子密钥分配（诱骗态）和纠缠光子的量子密钥分配（纠缠态）两种方案。
量子隐形传态（QT）又称量子遥传、量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传，是一种利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。C.H.Bennett在1993年提出了量子通信概念，利用经典与量子相结合的方法实现量子态隐形传输，即遥远两地的通信双方首先分享一对纠缠粒子，其中一方将待传输量子态的粒子和自己手里的纠缠粒子进行贝尔态测量，然后将测量的结果告知对方，对方则根据得到的信息进行相应的幺正操作。通俗来讲将甲地的某一粒子的未知量子态，可在乙地的另一粒子上还原出来。
量子中继是实现量子态中继传输，减小信道损失对于量子通信距离和速率影响的技术。量子中继器通过纠缠制备、纠缠分发、纠缠纯化和纠缠交换来实现中继功能的转换器。量子信号的传输距离由中继级数决定。2019年，中国科学技术大学在国际上首次实验实现全光量子中继器的原理性验证，为构建远距离光纤量子网络开辟了新途径。
中游：产业链中游的量子设备与解决方案提供环节包括了密钥分发及中继、量子网关、量子路由等量子通信设备制造商与系统集成商。中游是产业链的核心环节，相关公司掌握量子通信的核心技术，推动产业的发展。
下游：产业链下游客户主要涉及政务、金融、电力、国防等领域。下游行业和领域拥有大量重要信息和敏感数据，信息安全需求强烈，其对信息安全刚性需求有力地支撑量子保密通信行业发展。
信息安全牵涉到国家安全和社会稳定，我国已将信息安全提升为国家安全战略。近年来，我国加快在量子科技领域的发展，相关的科研经费投入，专利申请布局和应用探索等方面都具备较好的实践基础和发展条件。随着国家逐渐完善量子科技领域的顶层设计，我国的量子科技行业或将快速发展，成为全球量子信息技术研究和应用的主要推动者。
