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"量子+"時代來臨? 中國欲建一體化量子通信體系

發布時間:2016年07月25日 10:07    發布者:eechina
關鍵詞: 量子
來源:21世紀經濟報道

我國首顆量子科學實驗衛星發射在即。如果該衛星成功運行,中國將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信,并結合地面已有的光纖量子通信網絡,初步構建一個廣域量子通信體系。在構建廣域乃至全球范圍的量子通信網絡體系方面,各個國家誓要搶占量子通信未來制高點的意圖已經明朗。

近期,我國首顆量子科學實驗衛星將擇機發射,如果成功發射,中國將成為全球第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家。

同時,“京滬干線”等地面光纖量子通信網絡將于下半年建成,屆時,國內將初步形成天地一體的廣域量子通信體系。

此外,今年6月發布的《長江三角洲城市群發展規劃》中提出,加快城市群主要城市城域量子通信網構建,建設長三角城市群廣域量子通信網絡。

據了解,未來,京津冀、珠三角等重點城市群將繼長三角之后逐步啟動量子通信城域網建設,量子保密固網有望實現全國性覆蓋。

事實上,在構建廣域乃至全球范圍的量子通信網絡體系方面,從各國戰略計劃看,無論是美國展開研制的量子互聯網,還是歐盟發展的基于量子中繼和衛星的自由空間量子通信鏈路,亦或是日本計劃到2040年建成極限容量、無條件安全的量子通信網絡,各國誓要搶占量子通信未來制高點的意圖已經明朗。

21世紀經濟報道記者采訪了相關專家、業內人士和投資人,試圖從橫向和縱向兩個維度,還原中國量子通信從城域、城際到天地一體廣域體系和量子通信產業的未來發展路徑。

全球化量子通信網絡

量子科學實驗衛星有什么作用?多位業內專家表示,未來在全國進行量子通信組網時,城域(單獨一個城市范圍內)需要光纖進行組網,城際(城市與城市之間)信息傳輸通過中繼器,而遠距離的信息傳輸,則可以通過衛星中轉實現。

“這樣有短距離、長距離的量子通信,以及有線和無線方式,構建一個完整的廣域量子通信網絡體系。”一位不愿透露姓名的專家表示。

按照計劃,量子科學實驗衛星于7月8日運抵酒泉衛星發射中心,隨后開展發射場測試和試驗工作。屆時衛星將由火箭發射至高度為500千米的預定軌道。

對于普通衛星而言,只要順利升空就意味著至少成功了一半,但對于量子衛星來說,發射升空僅僅只是開始,衛星還要在太空中與地面機構光學實驗站進行“互動”。

這也是此次量子衛星實驗的重頭戲。它將產生并發送光子,地面系統則負責接收,完成包括星地高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發以及星地量子隱形傳態等多項科學實驗任務。

該衛星重量約640千克,從外觀來看,體積并不大。而從內部結構來看,最為核心的結構分為兩層,下面一層是衛星平臺的控制系統,上面一層搭載的是量子衛星特有的四種有效載荷。

有效載荷是指衛星平臺所搭載的儀器和設備,直接決定著衛星執行特定任務的能力。據了解,此次量子科學實驗衛星搭載的四種有效載荷,分別是量子密鑰通信機、量子糾纏發射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。

如果該衛星成功運行,中國將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信,并結合地面已有的光纖量子通信網絡,初步構建一個廣域量子通信體系。

此外,按照規劃,我國還將搭建全球化的量子通信網絡。中科院上海分院副院長王建宇曾經表示,中國在2016年首顆量子衛星發射后還將發射更多衛星,到2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發,屆時連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。到2030年左右,中國將建成全球化的廣域量子通信網絡。

毋庸置疑的是,中國即將發射全球首顆量子科學實驗衛星,率先實現星地間量子通信,將搶占先機。“這對我們的能力是一種首肯。中國量子通信的產業化技術可以說已經走在世界前列。”最早參與量子產業化研究、現任九州量子董事長鄭韶輝表示。

量子通信骨干網布局

對于建立一個完整的廣域量子通信網絡體系而言,籌備量子科學實驗衛星發射的同時,地面上的量子通信干線布局也在緊鑼密鼓的進行。

按照計劃,由中科大牽頭的“京滬干線”下半年將建設完成。作為全國首條量子保密通信骨干網絡,“京滬干線”總長2000余公里,從北京出發,經過濟南、合肥,到達上海。

21世紀經濟報道記者獲悉,整個項目建設分為量子設備定型、室內聯試階段以及工程建設和應用示范階段等三個階段。

“如果這條線(京滬干線)建得很成功,在通過國家密碼局等相關安全部門檢測后,我們相當于懸賞,請大家來攻。”潘建偉曾在中科院與阿里巴巴合作成立“中科院-阿里巴巴量子計算實驗室”的發布會上表示。

根據項目初步設計方案,“京滬干線”還將連接各地城域接入網絡,打造廣域光纖量子通信網絡,建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示范平臺。

“京滬干線突破了原有的在合肥、濟南等地的量子通信城域網的短距離范圍,實現城市與城市之間的量子通信網絡互聯。今后利用這一廣域光纖量子通信網絡,京滬兩地的金融、政務等機構能進行保密通信。”參與了京滬干線項目的一位人士表示。

有了“京滬干線”第一條實驗干線的建設經驗,我國第一條商用干線“滬杭干線”也預計將于今年9月份竣工。

21世紀經濟報道記者從“滬杭干線”的承建方、九州量子公司采訪獲悉,這條商用干線總長約260公里,途徑上海秀浦路、漕河涇、大港、嘉興東、桐鄉、杭州6個中繼站。

兩者有怎樣的關聯和區別呢?21世紀經濟報道記者詢問了多個業內人士,“京滬干線”和“滬杭干線”都是未來量子通信網絡里的重要組成部分。如果說“京滬干線”實現了從無到有的改變,“滬杭干線”則是進一步優化的產物,尤其是在商用價值的滿足上。

“滬杭干線的容量相比京滬干線要大很多,主要是為了滿足長三角區域的金融、商務、政府等客戶的大量需求。”九州量子董事長鄭韶輝告訴21世紀經濟報道記者。“目前正在與杭州的90余所銀行洽談相關合作。”

鄭韶輝還透露,九州量子下一步還計劃將干線從杭州連接到南京,這樣在整個長三角形成一個環網,進一步滿足客戶的需求。“舉例來說,滬杭線如果斷了,也可以通過杭州到南京再到上海。這樣對客戶而言,是非常有利的。”

此外,21世紀經濟報道記者了解到,在“京滬干線”、“滬杭干線”的建設過程中,承建方積累了很多的建設經驗。這些成果將申請專利,為下一步量子通信領域的相關標準制定做好準備。

長三角城市群“首秀”

在地面搭建的光纖量子通信骨干網,將在城市群中逐步展開,即在“線”的基礎上打造“環網”,未來有望在全國形成一個縱橫交錯的量子通信網絡。

今年6月發布的《長江三角洲城市群發展規劃》中提出,加快城市群主要城市城域量子通信網構建,建設長三角城市群廣域量子通信網絡。

這意味著,長三角地區有望率先大規模地進行量子通信產業化應用,形成城市群的第一個“環網”。

為什么是長三角?21世紀經濟報道記者梳理地方政府在量子通信領域的布局發現,以長三角地區最為積極。坐擁中科大的合肥,于2012年首建合肥城域量子通信試驗示范網,并在規劃建設“量子通信產業園”,上海、浙江的多個城市也都在加緊布局量子通信產業,期待未來可以共享產業化的紅利。

“長三角是我國經濟發展的龍頭地區之一,無論是金融、政務、商務還是其他領域,對于傳輸信息安全的需求都極為迫切。《規劃》提到要建成量子網絡,正是基于這一背景。”鄭韶輝表示。

此外,從區域來看,長三角作為帶頭“吃螃蟹”的地區,將對其他地區產生重大的示范效應。

在鄭韶輝看來,當量子通信網絡開始發揮效用以后,更多的地區會跟進建設。同時,作為基礎建設的一部分,量子通信網絡可以說是配合了長三角經濟進一步發展的需要,隨著政務、金融、軍事、商用等領域對信息安全重視程度的加強,量子通信產業將會步入發展的快車道。

未來,京津冀、珠三角等重點城市群將繼長三角之后“被激活”,逐步啟動量子通信城域網建設,量子保密固網有望實現全國性覆蓋。

去年年底,由華夏幸福基業股份有限公司、安徽問天量子科技股份有限公司和河北省固安縣打造的“下一代信息網絡創新產業園”落戶河北省固安新興產業示范區。

三方將重點發展結合應用場景的量子安全技術研發與推廣,以及量子保密示范系統的建設。今后,該項目將覆蓋京津冀地區的信息安全網絡,并輻射延伸至整個華北地區,構筑華北大數據和信息安全中心。

此外,在業內人士看來,城市群的量子通信城域網不斷建設,不僅對相關領域的信息安全傳輸有重大意義。而且,隨著量子通信產業化的不斷深入,也將催生出一批數百億,甚至千億市值的大企業。

“量子+”時代來臨?

互聯網+正在改變我們的生活,“量子+”正在改變互聯網。量子手機、量子簽章、量子測量儀在不久的將來也有望出現。甚至量子信息將與各行各業融合,邁入“量子+”時代。

天地一體化量子通信體系的搭建和逐步完整,為這些應用產品在各行各業的出現提供了無限可能。業界都在密切關注量子通信技術未來發展應用方向。

2015年云棲大會上,阿里巴巴和中科院共同發布阿里云量子加密通信產品,通過量子加密手段增加互聯網安全,宣告了互聯網邁入了量子時代。

與其他新興技術不同的是,業內人士對于量子通信產業未來研判的思路較為清晰。

從業內人士的預判來看,這需要經歷量子通信網絡設備技術提升、全國性量子通信廣域干線搭建、新的服務平臺商出現三個階段。這也是量子通信產業鏈的逐步延伸和完善。

在業內人士看來,量子通信已經進入茁壯成長期,重點應該放在量子通信網絡設備的技術提升,使得設備更加穩定、易于維護、成本下降,這需要與產業鏈上游的器件緊密合作。

同時,這一時期的另一個重點是在現有基礎上延伸搭建量子通信的基礎干線。“京滬干線建成后,將繼續搭建延伸到三亞,并從上海搭建到武漢的干線,完成一縱一橫的干線搭建。長三角環網也逐漸形成,滿足這些區域用戶的剛性需求。”

第二個階段是隨著量子通信網絡設備的成熟,由運營商主導,進行全國性的組網。這個階段也將逐步形成量子通信領域的相關標準,并有望誕生量子在各個領域的應用產品。

“以量子手機為例,就是量子通信應用技術的一個重要發展方向,相關的核心技術還需要攻關。”科大國盾量子的一位人士告訴21世紀經濟報道記者。

在量子通信成為信息產業的基礎設施之時,將迎來量子通信產業發展的第三個階段。這個時期會出現一批新的平臺商,同時,各行各業都有大量的應用量子通信產品走進千家萬戶。

那時,“量子+”的時代也就來臨了。
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