C114訊 9月12日消息（岳明）量子信息技術(shù)是扎根于量子物理與信息技術(shù)的交叉學(xué)科，涵蓋了量子通信、量子計算、量子測量等領(lǐng)域。我國量子信息技術(shù)的科研和產(chǎn)業(yè)化處于世界前列。日前，潘建偉院士憑借其在“量子光學(xué)技術(shù)方面的創(chuàng)造性貢獻，使基于量子密鑰分發(fā)的安全通信成為現(xiàn)實可能”，獲得了2017未來科學(xué)大獎。“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星和國家量子保密通信“京滬干線”，是我國在量子通信領(lǐng)域牢牢占據(jù)國際領(lǐng)先地位的基石。

科大國盾量子率先嘗試量子通信產(chǎn)業(yè)化，而在起初幾年鮮有同道。隨著量子衛(wèi)星、京滬干線等大項目的建設(shè)，量子概念頻繁進入公眾視野，量子通信產(chǎn)業(yè)化的蓬勃發(fā)展初現(xiàn)端倪，越來越多的企業(yè)涉足量子通信，逐步集聚形成量子通信產(chǎn)業(yè)圈。此次科大國盾攜手國科量子，適時的發(fā)布了一款平臺產(chǎn)品：量子安全服務(wù)移動引擎QSS-ME，在量子安全服務(wù)的移動化方向上邁出了探索性的重要一步。QSS-ME是量子密鑰的開放性應(yīng)用平臺，網(wǎng)絡(luò)安全廠商、ICT集成廠商等都可以在這個平臺上開發(fā)量子密鑰應(yīng)用產(chǎn)品；QSS-ME將通過廣域量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)提供的量子密鑰資源應(yīng)用于移動終端，能夠更大范圍的拓展量子安全的受眾與用戶。這款產(chǎn)品將為量子通信的行業(yè)應(yīng)用和市場下沉帶來新格局，有望成為優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)的踐行之作，引領(lǐng)量子通信行業(yè)的變革。

量子安全需求已經(jīng)提上日程

信息安全與我們的生活休戚相關(guān)，保障信息安全的主要方式是對敏感信息進行加密，但是現(xiàn)有的安全加密體系真的安全嗎？

傳統(tǒng)的加密方式一般劃分為對稱加密和非對稱加密兩類。對稱加密有較好的加密效率和安全性，但核心問題是傳統(tǒng)對稱加密方法沒有安全的分發(fā)對稱密鑰的手段。

而非對稱加密的安全性則源于諸如“大數(shù)分解質(zhì)因數(shù)”等復(fù)雜數(shù)學(xué)問題。一方面，數(shù)學(xué)問題有可能被數(shù)學(xué)方法所破解，而且加密芯片中有可能被植入后門；另一方面，量子計算機的迅猛發(fā)展也會對傳統(tǒng)非對稱密碼體系造成強大沖擊。業(yè)界公認，運行Shor算法的量子計算機，能夠?qū)⑦^去經(jīng)典計算機需要上萬年破解的非對稱密鑰在幾秒內(nèi)破解。

量子計算機的研制近年取得了突破。2017年5月，科大潘建偉團隊宣布世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機誕生。同時，該團隊還自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測量，打破了此前谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱記錄。而谷歌更是宣稱計劃在2017年底實現(xiàn)計算機領(lǐng)域的“量子霸權(quán)”，即實現(xiàn)49個量子比特的操控，使得量子計算機的計算能力超越經(jīng)典超級計算機。

面對量子計算機對信息安全的挑戰(zhàn)，許多科學(xué)家開始研究后量子密碼學(xué)（PQC: Post Quantum Cryptography），然而新的密碼體系的構(gòu)建需要漫長的過程，PQC的研究和應(yīng)用還不具備產(chǎn)業(yè)化水平。人們目光集中于量子通信技術(shù)的一項應(yīng)用——量子保密通信，量子保密通信能夠抵御量子計算機帶來的威脅，將成為下一代信息系統(tǒng)必須滿足的安全要求�？芍^是量子技術(shù)為安全通信關(guān)上了一道門的同時，也打開了一扇窗。

廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

基于量子密鑰分發(fā)的量子通信，一般以光的最小能量單元單光子作為信息傳輸介質(zhì)。量子不可分割、未知量子態(tài)不可精確復(fù)制、海森堡測不準原理等量子力學(xué)基本原理，保證了量子密鑰分發(fā)過程的理論安全；同時，量子密鑰在網(wǎng)絡(luò)中實時分發(fā)，可以根據(jù)用戶需要隨時更新密鑰，甚至達到一次一密的無條件安全加密等級，大大提高通信的安全等級。

世界各國對量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)非常重視：2003年美國DARPA主導(dǎo)建立了世界首個量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。此后，國際上相繼建成了瑞士量子、東京QKD和維也納SECOQC等多個量子通信實驗網(wǎng)絡(luò)。2013年，美國Battelle機構(gòu)公布了環(huán)美量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)項目，為谷歌、微軟、亞馬遜等企業(yè)的數(shù)據(jù)中心提供量子保密通信服務(wù)。

我國的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和試點應(yīng)用起步稍晚但發(fā)展迅速。2017年8月30日，國家量子保密通信“京滬干線”項目通過總技術(shù)驗收，干線全長2000余公里，連接北京、濟南、合肥、上海等城市的量子城域網(wǎng)，完成了金融、政務(wù)領(lǐng)域的遠程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)、金融機構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用示范。

2016年8月16日，國際上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，2017年8月初，“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星提前并圓滿實現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標，標志著我國率先掌握星地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

京滬干線北京接入點實現(xiàn)與“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星興隆地面站的連接，形成星地一體的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形。

量子衛(wèi)星、量子骨干網(wǎng)絡(luò)、量子城域網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模，金融、電力、政務(wù)、國防等行業(yè)用戶，將量子保密通信應(yīng)用到相關(guān)業(yè)務(wù)中，實現(xiàn)高等級的量子安全。

QSS-ME帶來移動化量子安全

為了更大規(guī)模的拓展量子安全用戶，如何使千家萬戶，特別是移動終端獲取量子密鑰，是量子通信產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題和痛點。然而在移動終端實現(xiàn)量子密鑰的分發(fā)極為困難，其技術(shù)瓶頸在于高精度的跟蹤瞄準技術(shù)和高效率的信號收集系統(tǒng)。雖然“墨子號”量子衛(wèi)星成功實現(xiàn)通過自由空間進行量子密鑰分發(fā)，但量子自由空間發(fā)射和接收系統(tǒng)的便捷性、小型化水平遠遠無法達到個體使用移動終端的要求。

科大國盾、國科量子汲取多年探索的經(jīng)驗，以量子密鑰資源移動化使用的思路，開發(fā)了QSS-ME量子安全服務(wù)移動引擎，將量子密鑰的移動分發(fā)轉(zhuǎn)化為更加實際的密鑰資源的移動使用，從而將量子密鑰資源的應(yīng)用方式實現(xiàn)了大跨度的轉(zhuǎn)變，解決了從量子密鑰分發(fā)固定網(wǎng)絡(luò)到移動終端的“最后一公里”問題，激活了量子通信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景，是從“有線”邁向“無線”和“無限”的重要一步。

量子通信產(chǎn)品開發(fā)，門檻比較高，這也是行業(yè)發(fā)展初期，少數(shù)具備量子信息技術(shù)研發(fā)背景的企業(yè)才敢于嘗試的原因。然而QSS-ME的建設(shè)與推廣，將有望降低量子通信的行業(yè)門檻，形成一個面向量子密鑰應(yīng)用的開發(fā)平臺。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)企業(yè)，包括移動通信設(shè)備制造商、網(wǎng)絡(luò)安全商、ICT集成商等等，都可以基于這個開發(fā)平臺，發(fā)揮各自的專業(yè)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，形成新的量子密鑰應(yīng)用產(chǎn)品。

此次QSS-ME的發(fā)布，還公布了兩款示范性的量子安全介質(zhì)產(chǎn)品，即“量子安全U盾”和“量子安全TF卡”，應(yīng)用于移動終端，可以實現(xiàn)移動終端用戶與應(yīng)用系統(tǒng)之間的身份認證以及保密傳輸，為VoIP、移動支付、移動辦公、工業(yè)物聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域提供身份認證與安全通信保障。

QSS-ME將量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)形成的量子密鑰資源，通過量子安全介質(zhì)產(chǎn)品應(yīng)用于移動終端，結(jié)合現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，如無線通信網(wǎng)絡(luò)，為信息安全業(yè)務(wù)加載量子密鑰，從而使得更多的用戶享有高安全等級的服務(wù)。

從根本上說，量子保密通信網(wǎng)絡(luò)是在用戶之間秘密的共享一串獨一無二的量子隨機數(shù)，加密通信、身份認證等只是該隨機數(shù)的一種應(yīng)用。開放這個平臺，能夠引入更多智慧和思路，將這種秘密共享的隨機數(shù)資源應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域，蘊含了“無限”的可能。

圖1 QSS-ME的應(yīng)用領(lǐng)域

平臺化產(chǎn)品激活量子通信產(chǎn)業(yè)圈

隨著量子通信產(chǎn)業(yè)的規(guī)模不斷壯大，吸引了越來越多的有識之士和企業(yè)涉足產(chǎn)業(yè)當中，產(chǎn)業(yè)即將進入到迅猛發(fā)展期。為了量子通信產(chǎn)業(yè)的良性健康持續(xù)發(fā)展，有必要在新興企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)、ICT集成企業(yè)等等之間形成有效的產(chǎn)業(yè)互動和有活力的合作模式。

我們欣喜的看到，從2015年開始，中科院、中科大、科大國盾量子等已經(jīng)開始積極構(gòu)建量子通信產(chǎn)業(yè)圈，集聚和團結(jié)相關(guān)企業(yè)，形成合力。2015年底，國科控股牽頭科大國盾、阿里巴巴、中興通訊、神州信息等11家單位組建了“中國量子通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”；2016年10月，科大國盾聯(lián)合多家企業(yè)成立了“中國信息協(xié)會量子信息分會”，目前量子信息分會的成員數(shù)目已達到33家，努力組織起量子通信產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)之間的廣泛合作。

2017年6月，中國通信標準化協(xié)會（CCSA）成立了量子通信與信息技術(shù)特設(shè)任務(wù)組（ST7），標志著我國量子信息技術(shù)標準化工作的啟動。ST7的成員，除了國科量子、科大國盾、問天量子等專注于量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的公司，還包括中國電信、中國移動、中國聯(lián)通等電信運營商，以及中興、烽火、神州信息等關(guān)注量子信息技術(shù)發(fā)展的傳統(tǒng)設(shè)備制造商與網(wǎng)絡(luò)安全商。多領(lǐng)域企業(yè)的加入，充分發(fā)揮其行業(yè)優(yōu)勢，有助于推動量子通信產(chǎn)業(yè)標準化的建設(shè)。

中國量子通信產(chǎn)業(yè)圈已經(jīng)初具規(guī)模，要進一步凝聚各企業(yè)的力量，將量子通信產(chǎn)業(yè)化推進到一個新高度，需要有一個能夠激發(fā)各家企業(yè)產(chǎn)業(yè)能力的舉措和平臺。國科量子、科大國盾攜手推出的QSS-ME平臺產(chǎn)品，在技術(shù)上為量子通信產(chǎn)業(yè)圈各個企業(yè)能力的相互結(jié)合和充分發(fā)揮搭建了舞臺，有望激發(fā)產(chǎn)業(yè)圈的活力，繁榮整個產(chǎn)業(yè)。我們將拭目以待量子通信產(chǎn)業(yè)圈的蓬勃發(fā)展。