中科大的野望：不止于“量子通信第一股”
出品 光子盒研究院
2011年12月的潘建伟三喜临门，41岁的他成为中科院最年轻的院士，他创办的安徽量子通信技术有限公司（国盾量子前身）承建的全球首个规模化量子保密通信网络——合肥城域量子通信试验示范网正式建成。
而这第三件事，就是量子科学实验卫星工程正式启动，潘建伟早在2003年构想的星地量子通信，就要成为现实了。潘建伟本人被任命为首席科学家，现任国盾量子董事长的彭承志则作为卫星科学系统的总工程师，全程参与了卫星研制。
可以说，国盾量子就是伴随着“墨子号”量子卫星成长起来的。2016年，“墨子号”发射成功后，量子保密通信网络开工建设和投入使用的网络数量和规模明显上升，其中绝大多数网络由国盾量子提供量子通信系列产品和解决方案。
2016-2018年，国盾量子合计实现营业收入7.75亿元，净利润2亿元，已经成为国内最大的量子通信设备制造商和系统服务提供商，即将成为量子通信第一股。
作为“科大系”的一员，国盾量子的上市，对于中科大、中科院而言意义非凡，但也仅仅是中科大推进量子通信产业化的一小步。
定位信息安全行业
需要明确的是，量子通信包括量子隐形传态（Quantum Teleportation，QT）和量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）两类。QT传输的是量子态信息，QKD传输的是密钥而非信息，基于QKD的保密通信称为量子保密通信。
量子保密通信不能像量子计算那样加速，它的用途只是保密，因此，国盾量子给自己的定位就是信息安全行业。
成立十年来，国盾量子已拥有完整的量子保密通信网络核心设备，包括QKD产品、信道与密钥组网交换产品等。这些产品被部署在量子保密通信骨干网、量子保密通信城域网和行业量子保密通信接入网。
目前已经能够实现的量子保密通信网络，包括局域网、城域网和骨干网。其中，局域网实现一个单位或一处地点内多个终端的接入，对距离要求不高；城域网负责城市范围内不同区域的连接，上联骨干网，下联局域网；而骨干网实现跨省、跨城的连接（包括地面光纤和卫星-地面站两种实现方式），现阶段以地面光纤为主，对距离要求高。
对于城域网的建设，国盾量子提供偏振编码QKD、偏振编码QKDM、城域QKD集控站等三款产品。偏振编码QKD就能够满足量子通信网络中的量子密钥分发需求，QKDM产品则在QKD产品的基础上增加了密钥管理功能。而城域QKD集控站主要部署于网络的大型交换节点，对接城域网的多条QKD链路和骨干网的高性能QKD链路。
潘建伟团队在2014年就能够实现200公里的无中继密钥分发，因此普通的QKD产品就能满足局域网、城域网的连接。截至2018年，北京、济南、合肥、上海、武汉等地均已建成量子保密通信城域网。广州、西安、成都、贵阳、重庆、南京、海口、乌鲁木齐、宿州等地也已启动本地城域网规划。
但随着距离增加，传输损耗会越来越大，因此骨干网的建设就要用到高速QKD产品，国盾量子研发的高速偏振编码QKD、时间-相位编码QKD，拥有集成工作频率最高达GHz量级的量子信号发射或接收模块，能够满足高速远距离的量子密钥分发需求。
最后，建设骨干网不可或缺的还有可信中继站，其作用是在骨干网可信节点间完成量子密钥分发，再利用“一次一密”方式对量子密钥进行加密传输，以实现更远距离的密钥分发。而通过可信中继的方式，2000公里的“京沪干线”才得以实现。
除了基础设施建设之外，国盾量子也很早进入行业应用。2012年，与中科大、新华社联合构建的“金融信息量子通信验证网”就已经在北京开通。目前已在政务、金融、电力、国防等行业和领域推出了一批示范性应用。
此外，国盾量子设计量子安全服务移动引擎QSS-ME解决方案，将QKD生成的量子密钥应用于移动终端侧，保护端到端及端到服务器的通信安全，可在移动办公、移动作业、移动支付、物联网等多种场景进行应用。
全程参与网络建设
从城域网到骨干网，目前只有国盾量子等少数几家企业能够提供完整的核心设备，因此这个行业是有一定垄断性质的。国盾量子几乎全程参与国内城域网、骨干网的建设。
截至2018年末，中国已建成的实用化光纤量子保密通信网络总长（光缆皮长）达7000余公里，其中超过6000公里使用了国盾量子提供的产品且处于在线运行状态。
国盾量子作为行业领军企业，在技术、产品、工程上获得了广泛认可，正在牵头或参与多项国际、国家及行业标准的制定，目前拥有专利194项，其中发明专利48项、实用新型专利106项、外观设计专利29项、国际专利11项，计算机软件著作权195项。
通过IncoPat专利检索系统，利用关键词检索，1993-2016年，中国共申请了555件涉及量子通信的专利，而美国仅有415件。其中，国盾量子专利申请数量排在MagiQ和东芝后位居第三位，问天量子排在第五位。
但就是这样一家代表了中国量子通信技术水平，并且全程参与中国量子保密通信网络建设的公司，从上市公司角度来看，其业绩不算太优秀。
2016-2018年，国盾量子营业收入分别为2.27亿元、2.83亿元、2.64亿元，几乎没有增长；同期净利润分别为5875万元、7431万元、7189万元，也几乎没有增长。这只能说明一个问题，现阶段量子保密通信市场规模还不够大。
国盾量子主要面向政务、金融、电力、国防等相关客户。2016-2018年前五大客户收入占比分别为82.87%、73.59%、80.75%，其中神州数码系统集成服务有限公司三年间均为第一大客户，该公司向国盾量子采购的产品全部用于“京沪干线”的建设。
也就是说，三年间国盾量子从“京沪干线”获得的收入约为2.91亿元，作为一个国家主导项目的设备提供商，收益不算太高。这是因为量子保密通信网络的建设可以利用现有的光纤网络：
在光纤网络的机房、站点内部署量子保密通信网络核心设备，通过光纤连接，即可快速形成覆盖面较为完整的量子保密通信网络，所以成本相对较低。
有人分析，市场规模不大，是因为国盾量子是一家“2G”、“2B”而非“2C”公司。然而实际上关系并不大，在一个竞争对手极少的市场，已经足够国盾量子徜徉其中了。
根据工信部数据，截至2018年末，全国光缆线路总长度达到4358万公里（皮长），如果参照现有的光纤通信网络规模，那么量子保密通信网络的建设（7000公里）只完成了万分之1.6。
而且在未来，政务、金融、国防等领域基本需要量子保密通信的全覆盖，尤其是国防领域对量子保密通信技术的应用研究、规划布局已持续了十余年。银行领域潜在客户众多，截至2018年末，我国共有银行业金融机构法人共4588家，全国银行业金融机构共有营业性网点超过20万个。国盾量子已经与工商银行、交通银行、中国银行合作实现异地数据千公里级量子加密传输应用。
实际上，量子保密通信网络建设缓慢，不是因为没有市场需求，而是技术受限。
目前，在百公里范围的城域网，量子保密通信网络可以做到密钥分配在现有技术保证的各种攻击下是安全的，但是超过城域而筑建的任何城际量子密码网络，仍无法确保其安全性。
现在通常使用的是“可信中继”，其安全性依赖于人的因素，所以安全程度不会超越现有的传统加密。远程量子密码只有采用“量子中继”才能确保其安全性，而“量子中继”的研制受到可实用的量子存储器和确定性纠缠光子源的限制，目前仍然处于基础研究阶段。
至于更远的“星地一体化”量子通信保密网络，实现起来就更困难了。地面与量子卫星之间的通信是一种“极弱光通信”，它的主要缺点是，对光发射的指向性较强，地面与卫星瞄准困难。另外，对天气情况非常敏感，云、雨、雾、雪条件下通信都无法保证。
但值得一提的是，国盾量子是一家研发型而非销售型的企业，公司研发人员占总员工数量的一半，30%的员工是硕士或博士学历。公司研发费用逐年增长，2018年占营业收入的比例高达28.32%，管理费用占比28.17%，主要是研发人员的薪酬。
以国盾量子在量子保密通信网络市场的地位，投资公司就相当于投资整个中国量子通信，这需要我们有足够的耐心。
科大系的量子版图
早在1988年，中科大就办了第一家校企，不过至今仍然只有唯一一家校企——中科大资产经营有限责任公司（科大控股），而且规模在全国众多校企中都是非常小的，2017年公司总资产仅为5.26亿元，与第一大校企清华控股差距非常大。
但科大控股走的是高精尖的路线，主要以学校科技成果评估作价对外投资，目前参控股企业26家，其中包括科大讯飞、科大智能、科大国创、时代出版4家上市公司。
而在量子信息领域，科大系更是占据了半壁江山。2009年，在科大控股的支持下，潘建伟团队和郭光灿团队分别成立了国盾量子和问天量子，代表项目分别有“京沪干线”、“宁苏干线”等。
2017年前后，依托中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士团队技术，“用量子技术感知世界”的国仪量子成立，主攻量子测量；郭光灿、郭国平团队则转化出了“用量子技术追溯科技本源”的本源量子，致力于量子计算。
此外，中科大还陆续转化出从事量子通信网建设和量子雷达的国科量网、国耀量子，大多数采取中科大通过科技成果作价入股，同时以股份或出资比例等股权形式给予技术发明人奖励的形式设立。
这些企业的成立可谓意义重大，横向来看，中科大在量子通信、量子计算、量子测量等三大领域全面布局；纵向来看，国科量网的成立，意味着科大系已经打通了量子通信全产业链。
例如“京沪干线”的建设，提供系统集成服务的不是量子通信公司，而是神州数码系统集成服务有线公司、中国通信建设集团有线公司。国科量网的成立，填补了这个空缺。
国科量网自成立以来，已经建设运营了包括量子保密通信“武合干线”项目、国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程项目（沪合段、汉广段）、新疆天文台“星地一体化”量子保密通信广域网应用项目、北京城域网A段项目、枣庄城域网项目以及央行RCPMIS项目等在内的量子通信项目。
目前，科大系是中国量子信息产业化的重要推手，这些成就离不开中科大20多年来的技术积累。相应地，产业化的推进对于技术研发也能起到反哺作用。
就在国盾量子获准上市的前几天，3月3日，济南量子技术研究院与潘建伟团队合作实现了509公里真实环境光纤的双场量子密钥分发（TF-QKD），打破了传统无中继量子密钥分发所限定的成码率极限。一旦这项技术产业化，500公里的范围已经足够覆盖多个城市，即使2000公里的京沪干线，也只需要3-4座中继站（现有32座中继站），大大降低了通信风险。
2019年潘建伟在他的报告中向我们描绘了一幅令人遐想的图景：通过量子卫星与地面光纤网络，与经典通信网络相融合，未来将可形成覆盖全球的广域量子通信网络，全面提升信息安全水平。而利用广域的量子通信网络，人类可以发展出空间分辨率极高的望远镜技术；也可以构建高精度的光频率传递网络，精度相比现在的微波时频网络可以提高4个数量级。
国盾量子的上市，只是起点，科大的征途是星辰大海，也是广阔天地。未来的资本市场，主角属于“硬科技”。