量子通信加速渗透 支持量子通信行业发展

2020-12-31 10:47:20

量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信技术,其核心原理是利用量子状态的不确定性产生随机密钥,一旦通信被窃听则会改变量子的状态,窃听就会被察觉,进而使得密钥无法被破解,实现了通信的保密性。中国正在大力发展研究量子通信技术,十四五规划意见稿提出,瞄准量子信息等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。量子通信作为量子信息分支将受到国家重点扶持,“十四五”期间,量子通信迎来发展新机遇。

一、量子通信行业发展现状

(一)政策支持量子通信行业发展

近年来,量子通信已逐步从理论走向实验,并向实用化发展。国家相关部委制定了一系列推动骨干网、城域网等量子保密通信网络的相关政策、规划。总体来看,政策对量子通信技术的发展扶持经历了三个阶段:

国家高度重视量子通信产业发展。2016年12月,国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,把量子通信提升至国家战略高度,将其作为重要战略新兴产业方向和体现国家战略意图的重大科技项目。2017年5月,科技部、教育部等联合发布《关于印发“十三五”国家基础研究专项规划的通知》,提出要突破量子保密通信技术,建设超远距离光纤量子通信网,开展星地量子通信系统硏究,构建完整的空地一体广域量子通信网络体系。2017年11月,国家发改委印发《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》,提出以量子保密通信“京沪干线”和“墨子号”量子科学实验卫星为基础,在京津冀、长江经济带等重点区域建设量子保密通信骨干网及城域网,并在若干地区建设卫星地面站,形成量子保密通信骨干环网。

2018年7月,中共中央办公厅、国务院办公厅下发通知《金融和重要领域密码应用与创新发展工作规划》,要求大力推动密码科技创新,加强密码基础理论、关键技术和应用研究,促进密码与量子技术、云计算、大数据等新兴技术融合创新。2020年3月,科技部发布《关于科技创新支撑复工复产和经济平稳运行的若干措施》,大力推动关键核心技术攻关,加大5G、量子通信重大科技项目的实施和支持力度,突破关键核心技术,促进科技成果的转化应用和产业化,培育一批创新型企业和高科技产业,增强经济发展新动能。

值得注意的是,2020年10月16日,中共中央政治局就量子科技研究和应用前景进行了集体学习。政治局会议定调更好的推进量子科技发展,量子通信行业有望迎来政策更大力度的支持。

(二)量子通信产业专利申请量多

据中国信息通信研究院统计,中国最近几年申请量子通信相关的专利相当多,高于美国和日本。由于早期中国专利申请量较少,所以目前中国专利授权量少于美国,但未来会继续上升。

(三)量子通信市场潜力大

由于其技术难度较量子计算较低,目前我国已经率先建成了“京沪干线”,发射了“墨子号”量子通信卫星,实现了全球首次洲际量子通信,走在了全球技术研发和成熟商用的最前沿,正步入产业化阶段。

近年来,我国量子通信行业快速发展,市场规模以每年12-20%的速度稳定增长。数据显示,2019年中国量子通信市场规模超400亿元,预计2020年市场规模将超500亿元,2025年有望实现翻倍突破1000亿元。

(四)量子通信应用于多个领域

量子通信最显著的优势是其传输的安全性,因此被广泛应用的领域对信息安全要求很高。当前,中国已实现量子通信在军事国防、政务、金融,互联网云服务,电力等领域的应用。

(五)量子通信行业发展面临三大困境

1、底层技术突破难

量子密钥分发技术操控处理的是单量子级别的微观物理对象,高效率的单光子探测、高精度的物理信号处理、高信噪比的信息调制、保持和提取等技术,是量子密钥分发能力进一步突破的“拦路虎”。光学/光电集成、深度制冷集成、高速高精度专用集成电路等技术,是量子保密通信设备小型化、高可靠、低成本发展方向上必须迈过的“门槛”。这些底层技术的突破在较大程度上依赖于新材料、新工艺、新方法的研究和微纳加工集成领域的支撑,有较高的技术难度和不确定性,还面对着高投入、高风险、国际技术竞争和技术限禁等不利局面。

2、产业链建设能力有限

量子保密通信作为前沿新兴技术,其发展壮大所需的产学研支撑目前还不够均衡,企业参与量子保密通信底层核心技术研究的力量不足;掌握产品研发核心技术的企业数量较少,供应能力有限;部分核心元器件的国产供应能力还不足,特别是高性能元件选择较少;产品和应用缺少全面、体系化的解决方案。这些产业链环节的建设和培育需要多个方向的协同和积淀,包括量子保密通信行业上下游队伍的壮大、与现有电信网络的融合、产品体系的丰富等。

3、市场生态培育处于初期

从用户层面来说,目前量子保密通信技术仍然具有一定的“神秘感”,有安全需求的行业用户对于应用量子保密通信的方法和保障程度还缺少充分认识;另一方面,行业标准、资质、测评、认证等体系目前基本处于空白状态,亟待建设。类似于计算机、互联网等行业的发展初期,量子保密通信需要时间通过应用、推广、认证、监管来形成市场互动,推动产业不断升级。

(六)面临美国和欧盟两大竞争对手

目前量子作为前沿技术已获德国、美国等多个国家的追捧,竞争日趋激烈。早在2016年,欧盟宣布将量子技术作为新的旗舰科研项目。不久前,德国表示计划2021年建成当地首台量子计算机,并在5到10年后推动相关新技术在工业领域的应用。

美国于2018年启动“国家量子行动法案”,全方位加速量子科技的研发与应用。今年7月,美国能源部公布量子互联网发展的战略蓝图,提出要确保美国处于全球量子竞赛的前列,并计划成立5个专注于量子信息科技的研究中心。

我国高度重视量子信息科技的发展,在“新举国体制”下,我国在量子科技领域突破了一系列重要科学问题和关键核心技术,并初步形成了完整的产业链,建设了一些量子通信基础设施。

国际上普遍认为,量子技术是下一次技术革命的驱动力。中国在量子通信技术与量子通信产业化领域目前处于全面领先的地位。同时,中国面临美国和欧盟两大竞争对手,未来,中国能不能保持领先的优势,就看今后中国是否努力。

二、量子通信行业十四五规划前瞻

十四规划意见稿提出,强化国家战略科技力量。加强基础研究、注重原始创新,优化学科布局和研发布局,推进学科交叉融合,完善共性基础技术供给体系。瞄准人工智能、量子信息等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。据悉,量子通信作为量子信息分支将受到国家重点扶持。

2020年10月16日,中共中央政治局就量子科技研究和应用前景进行了集体学习。会议对量子科技发展寄予了很高的期待,要求培育量子通信等战略性新兴产业,抢占量子科技国际竞争的制高点,构筑起发展新优势。同时为达到这些的求,会议上还提出了具体的措施。

中央政治局会议传达了特别的信号,量子科学技术的重要地位被认可并得到了显著提升。“十四五”期间,预计国家将延续促进量子科技发展的重要措施,同时加强产业链建设,积极培育市场生态,鼓励量子通信应用市场加速渗透。

量子通信领域企业参与量子通信底层核心技术研究的力量不足,供应能力有限,部分核心元器件的国产供应能力还不足,特别是高性能元件选择较少。产品和应用缺少全面、体系化的解决方案。需要加强量子通信产业链环节的建设和培育。“十四五”期间,国家将鼓励量子通信产业链建设,加强部分核心元器件的国产供应能力,增加应用解决方案。

从用户层面来说,有安全需求的行业用户对于应用量子保密通信的方法和保障程度还缺少充分认识;同时行业标准、资质、测评、认证等体系目前基本处于空白状态,亟待建设。量子通信需要时间通过应用、推广、认证、监管来形成市场互动,推动产业不断升级。“十四五”期间,国家将出台政策推广量子通信,同时出台相关行业标准及规范,加强行业监管。

此外,在应用领域方面,量子通信有望走向大规模应用,在电子政务、电子商务、电子医疗、国防军事、生物特征传输和智能传输系统等各领域大显身手。据悉,伴随着量子计算的发展,依赖于计算复杂度的加密算法原则上都会被破解,量子通信将成为“刚需”;同时,量子通信处在快速发展阶段,技术的持续创新和产品不断优化,必然会带来成本的下降,从而形成技术进步和市场应用的正循环,让更多用户拥抱量子通信。“十四五”期间,国家将鼓励量子通信应用市场加速渗透。

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