量子通信應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展分析

賴俊森，吳冰冰，湯瑞，趙文玉，張海懿

（中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京 100191）

量子通信應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展分析

賴俊森，吳冰冰，湯瑞，趙文玉，張海懿

（中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京 100191）

量子通信是一種具備無條件安全性的物理層安全解決方案，其技術(shù)現(xiàn)狀、實(shí)用化水平和發(fā)展面臨的瓶頸是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。首先分析了量子通信的試點(diǎn)應(yīng)用情況及其存在的主要問題，然后梳理了量子通信產(chǎn)業(yè)化推廣的現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化研究工作的進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上探討了量子通信系統(tǒng)性能測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)，最后提出了量子通信未來發(fā)展的策略建議。

量子通信；產(chǎn)業(yè)化；評(píng)價(jià)；前景

1 引言

量子力學(xué)和量子信息技術(shù)的發(fā)展使人類能夠?qū)庾雍驮拥任⒂^粒子進(jìn)行精確的人工操控，并以革命性的全新方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的編碼、存儲(chǔ)、調(diào)制、傳輸和運(yùn)算處理。量子通信是利用量子態(tài)和量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息或密鑰傳輸?shù)男滦屯ㄐ欧绞剑?］，基于量子力學(xué)原理能夠在理論和協(xié)議層面提供無法被監(jiān)控和竊聽的絕對(duì)安全性保證，在當(dāng)前復(fù)雜多變的信息安全形勢(shì)下其重要性日益突顯，成為重要的科技發(fā)展方向之一。

量子通信中的量子隱形傳態(tài)、量子安全直接通信和量子秘密共享等分支一直是前沿基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域和科學(xué)實(shí)驗(yàn)探索方面的熱點(diǎn)，但限于實(shí)用化發(fā)展水平，距離產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尚有一定距離［2，3］。作為量子通信技術(shù)中最具實(shí)用化前景的一個(gè)分支，基于量子密鑰分發(fā)（quantum key distribution，QKD）的量子通信經(jīng)過30余年的研究和發(fā)展，在協(xié)議技術(shù)、系統(tǒng)器件和組網(wǎng)架構(gòu)等各方面初步成熟并進(jìn)入推廣試用階段，近年來呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢(shì)［4-7］，也是本文分析討論的重點(diǎn)。

作為新型的安全保障技術(shù)，量子通信的技術(shù)現(xiàn)狀、實(shí)用化水平和面臨的發(fā)展瓶頸等已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。鑒于此，本文首先分析量子通信試點(diǎn)應(yīng)用的基本情況及其中存在的主要問題，之后梳理了產(chǎn)業(yè)化推廣的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的瓶頸，同時(shí)介紹了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化研究取得的工作進(jìn)展，并對(duì)如何評(píng)價(jià)QKD系統(tǒng)的性能測(cè)試進(jìn)行了探討，最后提出了未來發(fā)展的策略建議。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀與問題

基于量子密鑰分發(fā)的量子通信原理如圖1所示，通過單光子量子態(tài)的制備、傳輸、測(cè)量和經(jīng)典通信協(xié)議后處理，實(shí)現(xiàn)通信雙方之間的量子密鑰共享，再結(jié)合一次一密的對(duì)稱加密體制（即通信雙方均使用與信息等長(zhǎng)的密碼進(jìn)行逐比特的加解密操作），理論上可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的量子通信［8-10］。1984 年美國(guó) IBM 公司科學(xué)家 Bennett等人［11］提出了首個(gè)量子密鑰分發(fā)協(xié)議——BB84協(xié)議，使量子通信的研究從理論走向了現(xiàn)實(shí)。2005年美國(guó)學(xué)者Lo等人［12］提出了多強(qiáng)度誘騙態(tài)調(diào)制方案，解決了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的弱相干光源多光子的安全漏洞，為量子通信的實(shí)用化打開了大門。

目前，量子通信在國(guó)外已有小規(guī)模的試點(diǎn)應(yīng)用。隨著量子密鑰分發(fā)技術(shù)的發(fā)展和逐步成熟，世界各國(guó)試點(diǎn)應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，2003年美國(guó)DARPA資助哈佛大學(xué)建立了世界首個(gè)量子密鑰分發(fā)保密通信網(wǎng)絡(luò)。此后，歐美日等多個(gè)地區(qū)和國(guó)家相繼建成了瑞士量子、東京QKD和維也納SECOQC等多個(gè)量子通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，演示和驗(yàn)證了城域組網(wǎng)、量子電話、基礎(chǔ)設(shè)備保密通信等應(yīng)用［13-16］。2013年美國(guó)知名研究機(jī)構(gòu)Battelle公布了環(huán)美量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，計(jì)劃采用瑞士IDQ公司設(shè)備，基于分段量子密鑰分發(fā)結(jié)合安全可信節(jié)點(diǎn)密碼中繼的組網(wǎng)方式，為谷歌、微軟、亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)巨頭的數(shù)據(jù)中心提供具備量子安全性的通信保障服務(wù)。

國(guó)內(nèi)量子通信的試點(diǎn)應(yīng)用起步稍晚但發(fā)展迅速。2007年中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在北京實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)光纖量子電話，之后相繼在北京、濟(jì)南、蕪湖和合肥等地建立了多個(gè)城域量子通信示范網(wǎng)、金融信息量子通信技術(shù)驗(yàn)證專線以及關(guān)鍵部門間的量子通信熱線。2014年，量子通信“京滬干線”項(xiàng)目通過評(píng)審并開始建設(shè)，計(jì)劃建成北京和上海之間的基于安全授信節(jié)點(diǎn)密碼中繼的距離超2 000 km的國(guó)際首個(gè)長(zhǎng)距離光纖量子通信骨干線路。中國(guó)科學(xué)院牽頭的戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”計(jì)劃，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院研究所和中國(guó)航天科技集團(tuán)第八研究院合作，計(jì)劃于2016年發(fā)射全球首個(gè)量子通信衛(wèi)星［17-20］。

圖1 量子通信系統(tǒng)原理

量子通信的應(yīng)用近年來呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢(shì)，但在應(yīng)用推廣過程中也暴露出了一些問題，主要包括以下3個(gè)方面。

（1）系統(tǒng)性能待提高，技術(shù)瓶頸待突破

在典型的光纖傳輸QKD系統(tǒng)中，百公里長(zhǎng)距離傳輸條件下，其系統(tǒng)可用的安全碼率約為10 kbit／s量級(jí)，相對(duì)于現(xiàn)有光傳送網(wǎng)基于波分復(fù)用和相干傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)的Tbit／s量級(jí)的信息傳輸差距很大，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的一次一密加密；而在數(shù)十公里量級(jí)的短距離傳輸中，由于QKD系統(tǒng)協(xié)議處理機(jī)制和器件性能的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)的安全碼率約為2 Mbit／s量級(jí)。QKD系統(tǒng)通過協(xié)議改進(jìn)和發(fā)展新型器件進(jìn)行性能提升的難度較大，其核心器件，如單光子源、高品質(zhì)糾纏光源、高性能光子探測(cè)器等器件的研發(fā)進(jìn)展相對(duì)緩慢。

在廣域量子通信組網(wǎng)方面，由于量子態(tài)存儲(chǔ)和糾纏操控技術(shù)目前尚不成熟，所以基于糾纏交換和量子存儲(chǔ)的量子中繼方案目前難以使用，現(xiàn)有報(bào)道的量子通信長(zhǎng)距離傳輸和組網(wǎng)均為基于可信中繼節(jié)點(diǎn)量子密鑰管理器的密鑰中繼方案。星地量子通信是未來實(shí)現(xiàn)廣域組網(wǎng)的一個(gè)可選方案，但目前尚無量子通信衛(wèi)星平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)性能仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

（2）系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)安全性存在一定風(fēng)險(xiǎn)

在實(shí)際的QKD系統(tǒng)中，光源、信道節(jié)點(diǎn)和接收機(jī)的不理想特性使其難以滿足理論協(xié)議模型的安全性證明要求，成為可能被竊聽者利用的安全漏洞，所以針對(duì)實(shí)際QKD系統(tǒng)進(jìn)行攻防測(cè)試和安全性升級(jí)將是其運(yùn)營(yíng)維護(hù)面臨的一個(gè)問題。在現(xiàn)有的長(zhǎng)距離量子通信傳輸中，基于可信中繼節(jié)點(diǎn)的密鑰存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)不滿足無條件安全性證明的要求，可能成為整個(gè)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)?，F(xiàn)階段由于QKD系統(tǒng)的密鑰生成碼率較低，在對(duì)高速業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行加密處理時(shí)難以滿足一次一密的要求，必須借助AES等對(duì)稱加密算法對(duì)密鑰進(jìn)行重復(fù)使用和算法處理，難以滿足無條件安全性證明的嚴(yán)格要求。

（3）目前應(yīng)用場(chǎng)景有限，前期投入偏高

現(xiàn)階段量子通信主要面向政務(wù)、國(guó)防、金融等長(zhǎng)期安全性要求很高的特定應(yīng)用場(chǎng)景，市場(chǎng)規(guī)模有限且較為分散，傳統(tǒng)通信業(yè)界對(duì)于量子通信的應(yīng)用目前仍然持觀望態(tài)度，參與程度和熱情較低。對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行量子通信升級(jí)的前期軟硬件改造投入要求較高，而且QKD系統(tǒng)包含大量精密光學(xué)器件，對(duì)于日常使用和運(yùn)營(yíng)維護(hù)也有一定要求。此外，由于單光子量子態(tài)信號(hào)與傳統(tǒng)光信號(hào)同光纖混合傳輸時(shí)將引入性能劣化，所以量子通信系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)通常需要使用額外的獨(dú)立光纖鏈路資源，也是其推廣應(yīng)用所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

3 產(chǎn)業(yè)化推廣情況

量子通信的戰(zhàn)略意義吸引了西方各國(guó)科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，IBM、NIST、Battelle、NTT、東芝、西門子等著名公司和機(jī)構(gòu)一直密切關(guān)注其發(fā)展并投資相關(guān)研究［21-24］。其中東芝歐洲研究所一直是國(guó)際上最活躍的量子通信研究團(tuán)隊(duì)之一，NTT和NIST的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)等方面也取得一系列研究成果。英國(guó)政府在2013年發(fā)布了為期5年的量子信息技術(shù)專項(xiàng)，投入2.7億英鎊用于量子通信和量子計(jì)算等方面的研究成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)新應(yīng)用和新產(chǎn)業(yè)的形成。國(guó)外成立了多個(gè)專門從事量子通信技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和商業(yè)推廣的實(shí)體公司。例如美國(guó)的MagiQ公司和瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)成立的idQuantique公司等，能夠提供QKD量子通信的商用化器件、系統(tǒng)和解決方案。法國(guó)電信研究院成立的SeQureNet公司從事連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)產(chǎn)品的開發(fā)。美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成立了Qubittek公司，主攻智能電網(wǎng)安全通信領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)開展量子通信相關(guān)研究的代表性機(jī)構(gòu)包括中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)、山西大學(xué)、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院微系統(tǒng)所和技術(shù)物理所等。以中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)為核心發(fā)起成立了科大國(guó)盾量子、安徽問天量子和山東量子等產(chǎn)業(yè)化實(shí)體，進(jìn)行量子通信前沿研究成果向應(yīng)用技術(shù)和商用化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，國(guó)家對(duì)量子通信領(lǐng)域持續(xù)的專項(xiàng)投入和政策扶持為其發(fā)展提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。2015年12月，中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和科大國(guó)盾量子等機(jī)構(gòu)在北京共同發(fā)起組建了“中國(guó)量子通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。

雖然基于量子密鑰分發(fā)的量子通信產(chǎn)業(yè)化目前已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但是大規(guī)模的應(yīng)用推廣仍然面臨一系列的困難和挑戰(zhàn)［25］，主要包括以下4個(gè)方面。

（1）初期市場(chǎng)規(guī)模和用戶群體有限

QKD系統(tǒng)前期投入和改造要求較高，主要面向的是有高安全性要求的部分高端客戶，開發(fā)其需求并且保持可持續(xù)發(fā)展和盈利能力是重大的挑戰(zhàn)。在產(chǎn)業(yè)化初期，由于目標(biāo)市場(chǎng)和用戶群體有限并且分散，給市場(chǎng)推廣、檢測(cè)認(rèn)證和售后服務(wù)帶來了較高的門檻和投入要求。

（2）產(chǎn)業(yè)化供應(yīng)鏈的建立尚需時(shí)日

QKD系統(tǒng)采用的單光子源和光子探測(cè)器等核心器件與傳統(tǒng)光學(xué)器件完全不同，其性能參數(shù)、生產(chǎn)水平和供貨能力等問題都會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和推廣應(yīng)用產(chǎn)生影響，新產(chǎn)業(yè)鏈的培育也需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

（3）技術(shù)驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研發(fā)滯后

對(duì)于任何高新技術(shù)而言，測(cè)試認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)化是商用化推廣的必備條件，而新型測(cè)試認(rèn)證技術(shù)的開發(fā)通常是非常復(fù)雜、昂貴和耗時(shí)的，而且需要計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)化組織的協(xié)調(diào)與合作。目前測(cè)評(píng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化研究已經(jīng)成為量子通信應(yīng)用的一項(xiàng)瓶頸。

（4）系統(tǒng)應(yīng)用需基礎(chǔ)設(shè)施資源的支持

目前難以實(shí)現(xiàn)QKD系統(tǒng)的量子態(tài)信號(hào)和傳統(tǒng)強(qiáng)光信號(hào)的混傳，所以大規(guī)模量子通信組網(wǎng)需要額外的光纖資源進(jìn)行支持，將對(duì)量子通信系統(tǒng)的應(yīng)用造成限制。此外，量子通信無法共享傳統(tǒng)光通信設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)備，需要進(jìn)行全新部署，造成前期大量軟硬件升級(jí)改造的高投入要求。

4 標(biāo)準(zhǔn)化研究進(jìn)展

在量子通信的標(biāo)準(zhǔn)化研究方面，目前歐洲處于領(lǐng)先地位。2008年，奧地利維也納的SECOQC量子通信網(wǎng)絡(luò)演示項(xiàng)目完成后，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）成立了包括16家成員單位在內(nèi)的ISG-QKD小組，展開前瞻性的標(biāo)準(zhǔn)化工作。2010年起陸續(xù)發(fā)布了與QKD量子通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的5項(xiàng)規(guī)范建議，涉及應(yīng)用案例（GS 002）、物理接口（GS 003）、應(yīng)用接口（GS 004）、安全驗(yàn)證（GS 005）、模塊安規(guī)（GS 008）等內(nèi)容。2015 年 6 月發(fā)布了量子安全白皮書［26-31］。ETSI對(duì)于QKD量子通信標(biāo)準(zhǔn)化的主要目標(biāo)包括：技術(shù)規(guī)范，即QKD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和原理、主要器件的性能參數(shù)范圍、工作環(huán)境要求以及內(nèi)部和外部的接口定義等；測(cè)試方法，對(duì)QKD光學(xué)子系統(tǒng)工作狀態(tài)的光層性能參數(shù)以及系統(tǒng)協(xié)議的密鑰性能參數(shù)進(jìn)行可溯源的校準(zhǔn)和測(cè)試評(píng)價(jià)；安全認(rèn)證，對(duì)QKD器件和系統(tǒng)進(jìn)行包括側(cè)信道分析、攻防測(cè)試、安規(guī)特性、安全性證明等內(nèi)容的安全認(rèn)證體系；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，進(jìn)行QKD技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景分析、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施集成化分析、應(yīng)用接口規(guī)范以及需求、前景和問題分析。

在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國(guó)密碼學(xué)會(huì)等研究機(jī)構(gòu)與相關(guān)企業(yè)等也啟動(dòng)了量子通信技術(shù)規(guī)范和密碼標(biāo)準(zhǔn)的初步研究工作?？萍疾俊?63”計(jì)劃項(xiàng)目《光纖量子通信綜合應(yīng)用演示網(wǎng)絡(luò)》設(shè)立了專門的子課題進(jìn)行量子通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范研究。在“京滬干線”項(xiàng)目中，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合解放軍信息工程大學(xué)開展量子通信的安全性測(cè)評(píng)研究，并探索制定相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。量子通信作為量子物理學(xué)和信息科學(xué)的前沿交叉學(xué)科，涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)化工作的難度較大。目前我國(guó)量子通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化研究相對(duì)滯后，尚未形成可以充分體現(xiàn)和總結(jié)技術(shù)研究最新進(jìn)展以及試點(diǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化成果，造成這一情況的主要問題在于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化研究的重視程度不足，研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)各自為戰(zhàn)，缺乏有效的溝通和協(xié)作機(jī)制，難以形成合力。

表1 KD光學(xué)子系統(tǒng)主要性能參數(shù)

5 系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)

對(duì)于任何新興技術(shù)而言，提供一套完善和準(zhǔn)確的系統(tǒng)性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法以及配套的指標(biāo)參數(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系，是保證供應(yīng)商之間產(chǎn)品的一致性與互操作性以及用戶獲得產(chǎn)品質(zhì)量和性能保證的重要前提。基于QKD的量子通信系統(tǒng)的性能參數(shù)包括兩個(gè)方面：一是協(xié)議性能參數(shù)，如安全碼率、可用傳輸距離、量子信道誤碼率（QBER）等；二是光學(xué)子系統(tǒng)參數(shù)，如單光子源性能參數(shù)和光子探測(cè)器性能參數(shù)等。為了開發(fā)具有明確定義的QKD系統(tǒng)組件性能參數(shù)表征方法，歐盟委員會(huì)成立了工業(yè)量子通信計(jì)量（MIQC）項(xiàng)目組，集合了英國(guó)NPL、意大利INRIM和德國(guó)PTB等多個(gè)國(guó)家級(jí)測(cè)試計(jì)量研究機(jī)構(gòu)，共同開展QKD器件性能參數(shù)和系統(tǒng)安全性的測(cè)試評(píng)價(jià)方法研究［32，33］。目前，針對(duì) QKD 光學(xué)子系統(tǒng)的性能參數(shù)測(cè)試方法研究已取得一定的進(jìn)展，能夠提供描述QKD光學(xué)子系統(tǒng)性能的重要參數(shù)，具體見表1，其中既包含宏觀層面的性能參數(shù)，如光功率、波長(zhǎng)、偏振態(tài)等，也包含了單光子量級(jí)的微觀性能參數(shù)，如光源平均光子數(shù)、探測(cè)器暗計(jì)數(shù)率和恢復(fù)時(shí)間等，這些性能參數(shù)是QKD系統(tǒng)性能的重要瓶頸。

對(duì)于宏觀性能參數(shù)，可以采用現(xiàn)有的可溯源的時(shí)域和頻域檢測(cè)計(jì)量方法和儀表，例如光功率計(jì)、光譜分析儀和高速示波器等。對(duì)于單光子量級(jí)的微觀性能參數(shù)，需要采用新的檢測(cè)儀表和測(cè)試方法，如對(duì)于弱相干光源輸出脈沖包含的平均光子數(shù)，可以采用單光子探測(cè)器進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測(cè)；對(duì)于光子定時(shí)抖動(dòng)，可以采用超導(dǎo)納米線探測(cè)器（其自身的時(shí)域不確定性小于100 ps）進(jìn)行事件檢測(cè)并觀察時(shí)域統(tǒng)計(jì)直方圖進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于光子探測(cè)器的暗計(jì)數(shù)率，可以通過統(tǒng)計(jì)無光入射時(shí)探測(cè)器的響應(yīng)數(shù)來進(jìn)行測(cè)量，通過暗記數(shù)事件與門控觸發(fā)自相關(guān)，可以得到暗記數(shù)事件時(shí)域直方分布，進(jìn)行歸一化處理計(jì)算。探測(cè)器的死區(qū)時(shí)間是在一次光子檢測(cè)事件之后，無法再對(duì)單光子輸入光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)的持續(xù)時(shí)間?？梢圆捎脙蓚€(gè)與探測(cè)器門控信號(hào)保持同步的單光子脈沖光源作為輸入，調(diào)整兩個(gè)脈沖源之間的時(shí)延，對(duì)于超過探測(cè)器死區(qū)恢復(fù)時(shí)間的時(shí)延值，探測(cè)器會(huì)輸出多光子的檢測(cè)結(jié)果，而死區(qū)時(shí)間就是探測(cè)器獲得多光子檢測(cè)結(jié)果所需的最小時(shí)延間隔。由于量子通信技術(shù)仍處于研究和發(fā)展之中，新的物理效應(yīng)、協(xié)議技術(shù)和器件都可能出現(xiàn)和引入，需要對(duì)相應(yīng)的性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范進(jìn)行升級(jí)和更新。此外，對(duì)于QKD系統(tǒng)側(cè)信道和現(xiàn)實(shí)安全性進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)的方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚待研究。總體而言，量子通信系統(tǒng)的性能和安全性測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前尚不完善，將會(huì)對(duì)其商用推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成一定的制約和影響。

6 發(fā)展策略建議

對(duì)于下一步量子通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的策略建議包括技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)3個(gè)方面。首先，加大政策支持和專項(xiàng)投入，突破關(guān)鍵技術(shù)形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。加強(qiáng)國(guó)家政策支持和專項(xiàng)資金投入，通過科學(xué)研究基金、重大科技專項(xiàng)和試點(diǎn)應(yīng)用工程等多種形式，從長(zhǎng)期戰(zhàn)略高度推動(dòng)量子通信基礎(chǔ)科研、技術(shù)攻關(guān)、設(shè)備研制和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等工作。其次，結(jié)合信息安全需求，穩(wěn)步推進(jìn)戰(zhàn)略布局與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。關(guān)注政務(wù)、金融和國(guó)防等領(lǐng)域的信息安全威脅和保障需求，穩(wěn)步分階段開展量子通信產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略布局和示范推廣應(yīng)用。制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，適當(dāng)鼓勵(lì)和引導(dǎo)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備制造商的參與。最后，協(xié)調(diào)產(chǎn)學(xué)研合作，加強(qiáng)測(cè)評(píng)技術(shù)的研究與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定。結(jié)合我國(guó)信息安全保障的緊迫需求，加強(qiáng)通信、密碼和安全等領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化組織的溝通協(xié)調(diào)，推動(dòng)量子通信整體架構(gòu)、性能指標(biāo)、安全技術(shù)要求及測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)等方面的標(biāo)準(zhǔn)化研究。

7 結(jié)束語

量子通信作為未來信息通信行業(yè)的一個(gè)新興戰(zhàn)略性制高點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)家科技實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，同時(shí)也是我國(guó)在高新技術(shù)研究與應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的與國(guó)際發(fā)展保持同步并且有望實(shí)現(xiàn)跨越引領(lǐng)的突破口?；诹孔用荑€分發(fā)的量子通信技術(shù)近年來在研究和應(yīng)用方面發(fā)展明顯加速，獲得越來越多的關(guān)注和重視。但仍需清醒地認(rèn)識(shí)到，量子通信的應(yīng)用發(fā)展仍然面臨從技術(shù)產(chǎn)業(yè)到測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)等多方面的瓶頸和局限，現(xiàn)階段尚不具備大規(guī)模應(yīng)用推廣的條件。今后，在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)等方面取得進(jìn)展和突破的前提下，量子通信在國(guó)家信息安全領(lǐng)域和ICT產(chǎn)業(yè)中將發(fā)揮重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Analysis on the application and development of quantum communication

LAI Junsen，WU Bingbing，TANG Rui，ZHAO Wenyu，ZHANG Haiyi
Technology and Standards Research Institute，China Academy of Information and Communication Technology （CAICT），Beijing 100191，China

Quantum communication，which can provide unconditional security，is a physical layer solutions for information security.The status and challenge of its technology development and application are the focus of the industry.The field trials of quantum communication and main problem were analyzed.Driving force and bottleneck of its commercialization were clarified and worldwide standardization research were reviewed.System performance test and evaluation were discussed and future development recommendations were also provided.

quantum communication，industrialization，evaluation，prospect

s：The National Natural Science Foundation of China （No.61171076，No.61201260，No.61471128），The National High Technology Research and Development Program of China （863 Program）（No.2013AA013402，No.2015AA015502）

TN915

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016085

2016-01-05；

2016-02-29

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.61171076，No.61201260，No.61471128）；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）基金資助項(xiàng)目（No.2013AA013402，No.2015AA015502）

賴俊森（1983-），男，博士，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楦咚俟鈧鬏斉c光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

吳冰冰（1984-），女，博士，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楣怆娮悠骷?、高速光傳輸與光網(wǎng)絡(luò)、光信號(hào)處理技術(shù)。

湯瑞（1984-），男，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所工程師，主要研究方向?yàn)楦咚俟鈧鬏斉c光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

趙文玉（1974-），男，博士，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師，主要研究方向?yàn)?40 Gbit／s、100 Gbit／s WDM，OTN等光傳送網(wǎng)新技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制定以及系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估。

張海懿（1972-），女，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師、部門主任，主要研究方向?yàn)楣鈧鬏斚到y(tǒng)、OTN、PTN、WDM 系統(tǒng)、SDH 系統(tǒng)、MSTP、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)以及電信傳送網(wǎng)絡(luò)體制標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營(yíng)商技術(shù)咨詢。

運(yùn)營(yíng)技術(shù)廣角