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量子通信行业市场发展分析报告
精品行业分析报告
2016年量子通信行业市场
分析报告
2016年07月
精品行业分析报告
目录
第一节量子通信之谜:
何为绝对安全......4
一、量子通信的技术原理.....4
二、量子通信被证明绝对安全......5
第二节量子通信全球观察:
中国的制高点....7
一、量子通信成为大国竞赛的重要一环.....7
二、中国政府高度重视,标准化研究和应用走在前沿......10
第三节量子通信的产业化之路:
产业链梳理和市场前景.....13
一、产业链主要包括五大环节,正走向成熟....13
二、量子通信应用场景丰富,市场前景广阔....18
三、量子通信城域网及干线投资将超400亿....20
第四节催化剂频现带来了量子通信发展机遇....20
一、政策催化剂:
利好频发,网络安全检查凸显量子通信优势.....20
二、事件催化剂:
量子卫星将发射,量子通信干线将建成....21
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图表目录
图表1:
量子纠缠...
图表2:
城域量子通信试验示范网...
图表3:
量子通信是原理上无条件安全的通信方式...
图表4:
量地间量子通信示意图...
图表5:
合肥城域量子通信试验示范网拓扑图...
图表6:
量子通信产业链构成...
图表7:
高速皮秒脉冲激光器...
图表8:
高速近红外单光子探测器...
图表9:
光子探测器的接口与功能图...
图表10:
量子网关...
图表11:
矩阵型光量子交换机...
图表12:
量子中继器原理示意图...
图表13:
杭沪量子通信干线示意图...
图表14:
美国量子通信公司MagiQ的主要客户...
图表15:
京沪干线的主要用户...
图表16:
未来3年中国量子通信干线规划图...
图表17:
广域量子通信网络示意图...
图表18:
量子卫星的星上单机...
图表19:
量子通信干线——京沪干线...
表格目录
表格1:
量子通信分类...
表格2:
欧洲量子通信及量子信息技术研究里程碑事件...
表格3:
美国量子通信及量子信息技术研究里程碑事件...
表格4:
中国量子通信及量子信息技术研究里程碑事件...
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...8
...9
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精品行业分析报告
第一节量子通信之谜:
何为绝对安全
一、量子通信的技术原理
提到量子通信,我们首先需要了解什么是“量子”。
所谓“量子”,是不可再分割的、最小的能量单位。
所有的微观粒子包括分子、原子、电子、光子,它们都是量子的一种表现形态。
实际上,这个世界本身都是由微观粒子组成的。
在微观世界里,有共同来源的两个量子之间存在着“纠缠”关系,无论两者相距多远,只要其中一个量子状态发生变化,另一个量子就会立即“感应”,并做出相应变化。
这种没有时间和空间障碍的相互影响,犹如心灵感应,被称为“量子纠缠”。
图表1:
量子纠缠
所谓“量子通信”,就是基于“量子纠缠”原理,利用量子的纠缠效应进行信息传递的
一种新型通讯方式,是经典信息论和量子力学相结合的交叉学科。
量子通信最早由美国科学家C.H.Bennett于1993年提出,英文为QuantumTeleportation。
量子通信按所传输的信息是经典信息还是量子信息分为两类:
一是量子隐形传态,
即利用“量子纠缠”效应直接传输量子信息;二是量子密钥分发(QuantumKeyDistribution,QKD),也称量子保密通信,即利用量子态的不可克隆特性来生产量子密码,通过给经典信息加密来解决通信过程中可能存在的安全问题。
表格1:
量子通信分类
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目前,量子密钥分发技术(QKD)已经基本成熟,正在走向产业化应用阶段。
例
如,我国建设多年的量子通信网络都是基于量子密钥分发技术来实现的。
图表2:
城域量子通信试验示范网
二、量子通信被证明绝对安全
量子不可克隆、不可分割,量子通信是迄今为止唯一被严格证明绝对安全的通信
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方式。
中国科技大学陈宇翱教授在2015年9月的《追梦量子世界》演讲中提到,我们当
前传统的世界里,最安全的一个信息传递方式就是通过光缆,因为它把所有的光的能
力都限制在光纤里面,外面得不到能量,所以大家认为这个传输是安全的。
如果把光
缆沉到几千米的海底,那就更安全了。
但是随着科技的发展,现在已经有这么一个装
置,我只要把这个光缆往这个装置上盘一盘,就能够让它有很小很小的一部分能力泄
露出来。
而我们现在科技发展了,这么一份很小的能量,可以对他进行了完全的探测,
就是这么一部分的能量探测,光缆里传递的信号对它来说完全就是透明的了。
对此,陈宇翱教授认为量子通信将可以解决通信安全问题。
因为量子存在不可克
隆原理、存在量子纠缠效应,只要信息的传递不超过光速,时间不可反演,比如我们
回不到过去,那么量子通信的方式,就是无条件安全的。
而建立量子保密通信,一个
最终极的目标就是,建立覆盖全国、甚至覆盖全球的广域的量子保密通讯网络。
总体来看,量子通信具有以下三大特点,确保绝对安全:
量子不可克隆原理:
指量子力学中对任意一个未知的量子态进行复制是不可实现的;
量子不可分割:
量子是不可再分割的、最小的能量单位;
一次一密,完全随机:
工作原理在于把信息编码在一个呈量子态的物体上,比如一个光子。
然后,按照随机数密钥确定的规律,改变光子的状态。
只有正确地按照加密的反顺序改变光子状态,才能解密信息。
因为只有传输者和接收者知道用来加密的量子随机密钥,并且这个密钥只使用一次,因此通讯是完美保密的。
图表3:
量子通信是原理上无条件安全的通信方式
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资料来源:
科技传媒,
第二节量子通信全球观察:
中国的制高点
一、量子通信成为大国竞赛的重要一环
当前,国家信息安全形势日益严峻。
美国“棱镜门”事件之后,通信保密与安全的重
要性引发各国政府、大型企业集团及广大民众的普遍关注,加之全球面临的恐怖袭击
不断,商业窃听、金融支付安全问题也不断涌现,亟需一种绝对安全的通信方式。
因此,美国、欧盟、日本等发达国家以及中国、韩国、新加坡等亚洲新兴国家也
纷纷投入大量资源来开展量子通信研究,并积极推动相关产业化工作。
总体来看,国外量子通信技术走在世界前沿的国家主要是欧洲和美国。
欧洲:
起步较早,2016年批准了10亿欧元的量子研究基金
欧洲在量子通信及量子信息技术领域起步较早,研究成果相对领先。
欧盟大力支
持量子通信发展,旨在确保欧洲在该领域处于技术领先地位。
目前,欧盟量子通信产
业还处于技术研发中期阶段,掌握了相当一部分产业核心技术,凭借新兴产业的支配
地位,以新技术研发和新产品营销为发展重点,力争获得在技术创新方面的竞争优势。
在量子通信及量子信息技术的研究中,欧盟国家之间一般会开展联合研究,在多
个机构间进行广泛合作。
2008年10月,欧盟联合来自12个欧盟国家的41个伙伴小
组投入1471万欧元,成立了“基于量子密码学的全球安全通信网络开发项
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目”(SECOQC)。
不仅如此,欧洲包括奥地利维也纳大学AntonZeilinger小组在内的27个研究组,向欧洲航天局的生命和物理科学部提交了“Space-QUEST”实验方案,计划在国际空间站欧洲哥伦布模块的外部平台上部署纠缠光源,向地面发送纠缠光子对,这将开创超出地面上几个量级测试距离的量子通信和基础物理实验。
2008年,欧盟发布《量子信息处理和通信:
欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》,提出了欧洲未来5年和10年量子信息的发展目标,包括重点发展卫星量子通信,实现1000公里级的量子密钥分发等。
2013年,英国政府发布5年期量子信息技术专项,拟投入2.7亿英镑用于量子通信和量子计算等研究成果的转化;2015年欧盟发布量子安全白皮书,并推出“欧洲量子科学技术计划”和《欧洲量子信息处理与通信》计划;2016年4月,欧盟批准了10亿欧元的量子研究基金,拟于2018年启动该项目,以促进包括安全通讯网络和通用量子计算机等在内的多项量子技术的发展。
表格2:
欧洲量子通信及量子信息技术研究里程碑事件
资料来源:
安徽省科学技术情报研究所,互联网,
美国:
在国家战略层面推动,拟建设远距离光纤量子通信干线
美国最早将量子信息处理技术列入到国家战略、国防和安全研发计划。
2006年,时任美国总统的布什在国情咨文中宣布了“美国竞争力计划”(ACI),其中明确提出:
要突破技术障碍,实现量子信息处理技术的实际应用。
因此,美国的量子密码通信技术水平已处在世界前列,并已经用于军事、国防等领域的国家级保密通信,还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行等行业。
在量子通信未来发展规划下,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室正在创建一套辐射状的量子互联网。
2013年,美国独立研究机构Battelle公布了环美量子通信骨干网络项目,该项目
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计划为谷歌、微软、亚马逊等互联网巨头的数据中心之间的通信提供量子安全保障服务。
2015年美国航空航天局(NASA)计划在其总部与喷气推进实验室(JPL)之间建立一个远距离光纤量子通信干线,该干线的直线距离600公里、光纤皮长1000公里左右,拥有10个中转基站,并计划将其拓展到星地量子通信。
安徽省科学技术情报研究所资料显示,美国量子通信研究机构的专利申请有两个特色:
一是研究主要以大学或研究所的实验室为平台进行研究开发,具有很强的理论基础,并同步申请专利,数量众多,如TheJohnHopkinsUniversity、UniversityofRochester、TheRegentsoftheUniversityofCalifornia、NorthwesternUniversity等大学机构都拥有自己的在量子密码方面的专利;
二是研究性公司机构也积极参与量子通信及信息技术的研发,包括研制相应的量
子密码通信的方法及相关的通信产品,以备占领市场,获得商机。
如1999年成立的
MAGIQ是一家私人控股公司,也是第一个以商业化量子信息处理为主要经营项目的公
司。
另一个在量子密码通信专利有突出成绩的是BBN,该公司在量子密钥分发应用领
域有显著贡献,研制的网络保护量子密码系统,部分成果已推销给军方通信网络使用。
表格3:
美国量子通信及量子信息技术研究里程碑事件
资料来源:
安徽省科学技术情报研究所,互联网,
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