密码技术是网络安全技术的基石，量子信息安全使用基于量子物理的密码技术(QKD、QT、QSDC等)和基于数学算法的密码技术(PQC)。这些新一代加密技术可嵌套在整个网络的不同环节，提供一个额外的安全层，担负起抵御量子时代的信息安全重任。基于物理的QKD密码技术当前已有一定应用，但仍在发展阶段；基于数学算法的现代密码学体系已完善且大量应用，但密码破解技术却一直在挑战和刺激着新一代密码技术不断演进。当前实践量子信息安全的研究与应用保障极具现实意义，必须采取措施以保护重要的数字信息不受量子攻击的威胁。2023年，ICV联合中国的量子科技平台公司光子盒，共同在全球发布《2023全球量子通信与安全产业发展展望》，旨在推动社会各界对量子信息科技的了解，并为政界、学界、商界提供全球量子前沿研究和产业决策参考和建议。后台回复“2023量子通信”，获得英文版报告原文；中文版仍在紧张编译，下周，光子盒公众号平台将发布中文版报告，敬请期待！https://www.icvtank.com/newsinfo/815536.html为了解决量子时代的信息安全问题，出现了不同的技术及产品。无论是以物理为基础的方式，还是以数学为基础的方式，终极目的都是为了能将现有网络信息传输的风险降低。本章从以物理基础为主的加密技术和以数学基础为主的加密技术作为大类，将2022年的各项进展按技术、应用和标准三大方面进行展开分析。1）基于卫星的QKD已有多国参与研究，以期发射微纳卫星以验证组网技术。卫星传输是除光纤传输之外的重要传输方式，也是目前量子通信的主要发展技术。由量子通信卫星组成的天地一体的量子网络进一步展开实验，各国均希望在网络安全和通信方面的拥有自主权，通过印证卫星组网的方案，将量子保密通信网络向经济化、小型化、商业化发展。中国、英国、新加坡、荷兰、卢森堡、法国、加拿大、印度等国均在2022年有卫星QKD进展。2）基于光纤传输的QKD线路刷新距离，为千公里陆基QKD打下基础。基于光纤的传输在2022年在QKD和量子安全直接通信(QSDC)两类技术闪，长度方上均刷新了长度纪录。量子密钥分发(TF-QKD)的传输距离刷新到833公里，这一成果向将千公里陆基量子保密通信更迈进一步。此外，TF-QKD也是近年来主要的发展细分方向，TF-QKD协议具有密钥速率随信道透过率平方根尺度下降的优势，是超远距离QKD的新方向。QSDC的传输距离刷新至100公里。3）子系统纵深发展，高性能光源、量子中继器等核心上游器件是重要提升点之一。QKD系统的提升，除了在安全性这一核心方面在提升，也在核心组件级方面做成努力，例如高品质光源。除了在QKD系统中应用，量子光源技术还可能赋能量子计算和量子精密测量，因此，发展新一代光源这一基础技术及器件，将为多个未来应用提供可能性。4）DI-QKD和MDI-QKD为主要前沿技术提升方向，尚不构成商业应用的能力。设备无关量子密钥分发(DI-QKD)和测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议是2022年度学术论文成果展现的重要方向，MDI是解决攻击方控制探测器，DI是解决攻击方控制所有设备。需要明确的是，这些技术都是假设攻击方能力非常强大的实验验证，目前离产业化还很远。5）交叉研究正成为量子通信技术走向实用化的必经之路。5G甚至6G与量子通信与安全的结合，以及计算网络等更多领域与量子通信与安全的结合都是基于当前的已有的成熟技术展而开交叉性研究。无论量子通信与安全技术本身怎样发展，与全行业的交叉研究是使这项技术真正走向实用化必经的阶段。6）NIST标准化项目、算法应用研发、推广迁移部署是PQC领域三大重要工作。2022年PQC的主要进展表现为三方面：- 一是美国NIST的PQC标准化工作，PQC算法经历了过去20年的发展，当前正在被以NIST为主的标准化机构选择和确立标准。当前已有4个算法初步确认，它们是用于通用加密的CRYSTALS-Kyber和三种用于数字加密的方案：CRYSTALS-Dilithium、FALCON和SPHINCS+。前者用于保证证消息传输的机密性；后者用于保证消息传输的真实性、完整性和不可抵赖性。
- 二是PQC技术开发商根据NIST公布的标准算法，研发和推出适应的商业化产品，例如，零信任和网络安全解决方案提供商Castle Shield推出安全通信移动解决方案Typhos®，支持NIST为音频和视频通话选择的PQC算法，所有Typhos®功能都受到端到端PQC加密的保护。
- 三是PQC技术开发及密码使用组织展开更多地学习、讨论和推广PQC的重要性，为最终的迁移部署做准备，例如美国的SandBox AI与Google在Nature发布题为推文组织过渡到抗量子密码的文章，较为全面的阐述系统性。
7）网络安全、物联网、半导体等领域公司进军PQC，展开自研或合作研发。2022年，有更多的网络安全公司、物联网和半导体公司开展量子通信与安全业务，因为这类公司有着强大的应用结合，其传统业务离不开为信息安全传输。8）美国是PQC推进的主导者，在标准化和实际推行方面动作频繁。美国一直是全球PQC的主要推进力量，2022年，美国拜登政府通过国家安全备忘录，以及和G7集团联合签署协议，不断推进PQC发展速度。9）PQC不具备立即商业化的条件，经典密码向抗量子密码的过渡仍有挑战。量子通信与安全领域是在当前信息通信与网络安全产业的基础上，由于新技术的出现，丰富了信息安全产业生态。同时，因为量子通信与安全技术仍为前沿技术，作为辅助产业发展的科研仪器设备，尤其是一些提供精密测量、物态稳定(例如低温设备)的产品实际上也为该产业提供设备。量子通信与安全领域产业链的上游是提供核心设备及组件的供应商。目前PQC的商业化形态预估会与密码算法行业类似，其上游可能为一些软件类的开发工具和硬件类的测试设备等。目前还未形成针对于PQC的完整产业链，因此未纳入本次产业链上游研究范畴。QKD网络的搭建目前主要为基于光纤的网络和基于卫星两种，基于光纤的QKD网络基础设施建设占绝大多数。QKD上游核心设备。注：部分公司的LOGO出现多次，旨在显示该公司在不同的版块均有业务涉及。
因此，经典的光通信产品在QKD的产业链中也有使用，但这些产品较为成熟(例如电源、光纤、广电调制器、偏振分束器、PFGA、模数转换器等)且应用广泛，因此未列入本次产业供应商图谱。此次研究主要关注核心的、新型的量子通信产品。这类公司提供光源(例如激光器、纠缠源)、光子探测器、QRNG和其他组件(例如量子存储器在远距离量子通信及量子互联网发挥重要作用)。这些产品共同构成QKD设备产品(例如量子密钥分发机、量子密钥接收机或量子密钥接收一体机)。产业链中游为提供量子通信与安全领域整体解决方案的供应商，例如，它们有些是集成上游产品，以及提供配套软件或平台系统，为QKD网络的实施提供最核心的支持。中游的公司主要分为利用量子物理学原理为主开发产品及解决方案的公司(例如QKD设备提供方东芝和国盾量子)，利用数学算法开发产品及解决方案的公司(例如英国PQ Sheild和中国量安科技)，以及研发密钥管理、量子安全通信SaaS的公司。量子通信和安全公司。注：本图行业参与者主要考虑以量子技术为核心业务的公司，传统企业进军量子领域不涉及。产业链下游为量子安全产品需求方及使用方。目前量子安全技术的下游应用仍处在推展行业应用可能性的探索阶段。
公司分析
目前，QKD是量子通信与安全领域里最成熟的技术产品，已经在多国多行业展开应用，由于PQC算法尚在标准化阶段，尽管已经有很多技术供应商出现，但仍需待标准公布后收集市场对实际产品的反馈。本次评价主要针对拥有QKD整套系统解决方案能力的供应商进行评价。根据CTF模型对4个层级扇面的定义，QKD领域供应商评价如下：
注：供应商评价是为了使采购方及广泛的行业参与者(例如投资机构)了解当前企业的相对状态，为决策提供帮助。使用未来技术评价的CTF模型(Cutting-edge Tech Fan)，从技术(包括技术就绪程度和在研技术储备等)、市场(市场开拓情况和市场占有率)、企业综合积累等多个维度评价供应商。
- Pilot扇面代表着在行业中具有“领航者”气质的企业，毫无疑问，东芝欧洲研究公司是所有QKD企业中体量最大的，它在半导体、信息、电力、工业等多个领域均有深厚积累，自2003年起，与剑桥大学研究院共同研发QKD领域的相关技术，并在在欧洲及日本等多国开展QKD相关业务。
- Overtaker扇面代表着在该领域有强劲“超车”实力的公司，比如，瑞士的IDQ、中国的国盾量子和问天量子、澳大利亚的QunitessenceLabs是这一领域主要的供应商，它们的产品应用在本国甚至有的用于本国以外国家的QKD网络基础设施建设中，产品得以在实际场景中的验证其可靠性。
- Explorer扇面代表着一些已经走进该领域但发展规模仍较为有限的供应商，它们的技术尚可，有一定的供应经验，但目前QKD的市场还有很多未开拓，这些公司的市场化水平不足，技术也仍有提高空间。
- Chance-seeker扇面的供应商是具有敏锐商业嗅觉的参与者，它们刚进入该行业不久。目前，在多个量子科技主要国均出现了量子通信与安全领域的国家重点支持的公司，它们的技术源于各自国家的顶尖大学或科研院所，是本国的QKD建设项目的参与者，在合适的时间，这些团队成员组建公司，开展商业化运营。
QKD公司的比较。注：以上公司仅考虑因为量子技术而成立的公司，QKD只是东芝欧洲公司的业务之一，不在对比范畴内。
2022年，美国、加拿大、英国、法国、韩国、中国、波兰、印度等国的量子通信网络基础设施建设进一步发展。
投资概况
1）2022年量子通信与安全领域融资与2021年相比大幅下降。2022年度量子通信与安全领域共有21家初创公司获得约3.96亿美元融资，包括3个未披露融资金额的公司(印度QNu Labs公司、中国合肥硅臻量子公司、中国弦海量子公司)。2）资金投向美国企业最多，其次是瑞士、英国、中国、澳大利亚。2022年被投企业来自11个国家(英国、丹麦、美国、加拿大、韩国、德国、印度、俄罗斯、澳大利亚、瑞士、中国)。从已披露的融资金额来看(印度QNu Labs未披露金额)，资金投向美国公司金额最高(约1.88亿美元，6家公司)，其次为瑞士(约0.75亿美元，2家公司)、英国(约0.44亿美元，4家公司)、中国(约0.41亿美元，4家公司)。出现这一情况的原因可能包括美国的量子通信与安全初创企业数量较多，美国网络安全领域政策发布较多，欧美资本市场更加开放和活跃等。3）融资类型依然以早期为主，种子轮和A轮占比最高。本次融资统计按融资类型分为天使轮、种子轮、A轮(含pre-A、A+)、B轮(含B+)、C轮、政府资助、其他(战略投资、定向增发、认股权证)。从融资类型来看，A轮融资最多(9次，占比39%)，其次是种子轮(5此，22%)，这说明被投企业的融资阶段多处在早期，距离上市还有一定距离。这与量子通信与安全领域仍属于前沿技术的早期发展阶段的情况相符。4）2022年融资事件次数从2021年的30件降至23件。2022年度总计发生融资事件23件，较2021融资事件数有所降低。并且，单件融资额低于2022年水平，约为1721万美元，但高于2020年平均值。5）QKD、QRNG等硬件为主的企业融资比PQC企业融资总额高。从已披露投融资数据来看，2022年的有6家PQC领域的企业获得融资，它们是Cornami(美国)、HEAAN CRYPTO LAB(韩国)、PQSecure Technologies(美国)、PQShield(英国)、Sandbox AQ(美国)、杭州量安科技有限公司(中国)，共获得约2.09亿美元投资。2022年有11家量子物理加密领域的企业获得投资，它们是Aegiq(英国)、Alea-quantum(丹麦)、Pixel Photonics(德国)、QNU Labs(印度)、QSpace Technologies(俄罗斯)、QuintessenceLabs(澳大利亚)、Qunnect(美国)、Terra Quantum(瑞士)、合肥硅臻量子(中国)、上海弦海量子(中国)、浙江九州量子(中国)，共获得约1.51亿美元投资。2022年有3家量子软件平台类公司获得3笔融资，它们是Arqit(英国)、evolutionQ(加拿大)、QuSecure(美国)，共获得约0.36亿美元投资。6）多国政府持续向量子通信与安全领域注资，用于产业、学科建设、人才等方面。7）投向量子产业的资金来源多样化，激发创新创业潜力，有助于推动量子产业发展。
量子信息与安全领域的产品及技术服务主要归属于网络安全领域，是网络安全这一庞大产业中的一个较为核心和根本的子产业，向下可延申至多个行业涉及的安全产品中。量子信息与安全产业从目前已经发展的形态来看，主要是由量子物理加密产品与技术(例如QKD)、PQC、QRNG等带来的产业价值。QKD产品已出现多年，现在主要为产品升级迭代，逐步替换现有产品中的组成部分，使其性能更优越、价格更具应用优势、整机尺寸更小等，QKD产品不存在对传统此类行业产品的替代。2022年全球QKD市场规模较2021年有所下降，预计约为8亿美元，受COVID-19影响，以往由政府资金支持的项目受到影响，很多项目也因疫情和经济增长放缓而中止或进展缓慢。随着全球经济的逐步恢复和疫情常态化发展，到2025年，预计市场规模达到35.04亿美元，约为2022年末的5倍。
2019-2025E全球QKD产业规模
2022E-2025E全球QKD下游应用占比预测
2022E-2025E全球QKD产业结构
2）QRNG
量子随机数发生器(QRNG)是一个组件级产品，不像QKD设备需要多个组成部分构成，对于一些想要进入量子产业的创业者来说是一个可以快速切入的领域。而且，QRNG应用广泛，不仅在量子信息领域，在计算模拟、金融支付、生物植入等领域也能发挥价值。QRNG会随着产品性能及规模效应逐步替代一些现有随机数产品。
2022-2030E全球QRNG产业规模(单位：百万美元)
3）PQC
PQC产品形态可以软件和硬件作为区分，软件类产品(含算法)可能应用于浏览器等应用，硬件类产品可能会以芯片或嵌入芯片的模块等产品形式逐步安装进一些IoT等设备中，由于PQC是对当前使用算法的升级或可理解为增加一道“防线”，存在一些对传统安全软件或芯片的替代。PQC市场增长与PQC标准化进程及量子计算机的实用化有较大关联。预计2022年PQC产业规模还处在初期阶段，约为1000万美金，到2025年有较大增长，预计约达到17亿美金，到2030年达到500亿美元。
2022-2030E全球PQC产业规模(单位：百万美元)
展望观点
1）QKD与PQC继续上演最佳解决方案之争。
基于已实现和验证和可预见的未来，QKD和PQC可能并不会相互取代，它们各有优缺点。例如，QKD可能存在硬件漏洞或使部署方增加使用成本，PQC可能会在某刻被破解。并且，当前已有多个团队在试验两者结合的方案。未来，可能会根据不同的信息安全等级需求、不同的应用场景以及其他因素，选择QKD或PQC技术方案，再或者是两种解决方案一起部署。
2）QKD发展目标仍为实现将通信距离扩展到可实用的规模
尽管QKD当前多项性能参数具有吸引力，但仍有提升空间，为了满足量子通信更广泛的实用目标，新的方案仍会接连不断出现。随着实验的开展，现有QKD应用技术迭代升级与新品发布也将伴随并行。
3）QRNG独立发展，进行技术迭代，拓展场景应用
目前，手机市场和智能驾驶汽车市场是距离大众社会生活最近、最为热门的QRNG下游应用，三星公司已经连续三年推出带有QRNG芯片的量子5G手机，虽然三年来公布的芯片尺寸未发生变化，但受保护的手机应用有所增加；LG公司、360公司已经开始了QRNG智能驾驶的应用测试研究。在大众不太能看到的另一面，数据中心及云端应用可能是更大的市场，因为数据传输的底层正来源于此。未来，以小型设备形态和以芯片形态的QRNG产品将继续分别服务于数据中心/云端应用和移动应用，移动应用包括手机、网联汽车等，价格经济的QRNG芯片将会逐步应用到这些产品中。
4）PQC算法的开发已经在进行中，但其应用规划仍处于起步阶段
向后量子加密算法的过渡既取决于此类算法的开发，也取决于它们的采用。创建新的抗量子密码学标准的NIST进程正在进行中。中国目前尚未公开机构正在推进后量子加密算法，但根据中国过往密码算法及其他相关项目推进措施，也许在NIST发布后的两年内，即会开展中国。当下，可以实用经典和抗量子的混合方案，以降低潜在的风险。因为，如果最终量子计算机成为现实，它不可能直接攻破使用后量子密钥加密的信息。即便在经典向抗量子密码过渡期间发现抗量子算法存在的安全问题，也可以尽早提出解决方案。6）全球合作有助于优势互补，加速技术推向应用的时间表2022年，量子通信及量子信息科学领域里的全球合作频出，这些合作的目的主要是为了以他国的优势补足本国的劣势，或者是拉拢共建全球、区域或盟国产业链，以期通过联合的方式对抗一些国际关系变动带来的不确定性。通过多样的合作形式，双方取长补短，技术互补，对于量子这一新技术的推进可以起到一定的加速作用。7）量子通信与安全领域的投资将逐步复苏并有新标的出现从宏观经济层面来看，2022年是疫情席卷全球的第三年，世界上主要的经济体在这一年都逐渐放宽疫情限制，这对整个经济循环来说，及时地注入的动力。从中观国家层面来看，美国2022年QIS预算自2019年至今首次下降，俄罗斯也出现过政府对既定量子项目投资下降的新闻，不排除这样的结果与2022年俄乌冲突造成的开支增加及受COVID-19疫情带来的经济下行有关。但更多的国家，在量子通信与安全领域的支持仍未减退。从微观企业层面来看，2022年诺贝尔物理学奖颁给量子信息领域，这是对量子信息科学的极大认可，在这一拨信息潮的，有一大批公众开始知道量子、关注量子，继而在未来的择学择业中选择量子信息科学，这对未来的人才储备有正向影响。但是，这样的正向影响对于投资机构来说还不够，机构是理智的，初创公司在近三年的疫情中，成绩必然受到某种程度的折扣，原定的融资计划可能延迟，投资标的数量增长缓慢。除了科学和技术研究的联盟之外，多国政府均认为量子技术是带动本国未来经济增长点的重点行业，因此，以发展产业为导向的行业联盟和协会逐步在成立。行业会议的举办，是在地区范围内、产业联盟范围内较为有效的沟通，可以缩短行业发展进程。量子技术到目前为止还是一个少部分技术实用化，大量技术实验验证和工程试用阶段。量子技术虽然可以创造新的市场，但对于已经在量子通信与安全领域的公司，尤其是初创公司来说，前行难度较大。因为，有很多的应用场景是创新的，不被接受的，有一些是替代传统的，但高研发费用带来的高产品价格，让很多下游用户都难以采购或大规模采购，若企业不能有足够来自国家和投资机构的资金注入，产品迭代和降本降价的动力缺乏，科普宣传不到位，社会不接纳，那市场就很难变大，新的产业参与者进入放缓，市场不活跃。这一切将会陷入恶性循环。因此，呼吁政府、大型企业积极参与到量子产业发展的支持中，通过对企业的支持，对社会的正确宣传，为量子企业营商改善环境。因此，未来的社会必将是量子的时代。10）盲目乐观无益于产业发展，需不断解决实际问题方能继续前行尽管2022年全球多个国家一定程度上放宽了由疫情导致的出入境限制，但国际关系严峻形势并未得到改善。尤其在具有战略性和前沿性的科学技术领域，各国虽都希望展开合作，但也抱有谨慎态度，交流和合作的国界感隐性存在。
每周一到周五，我们都将与光子盒的新老朋友相聚在微信视频号，不见不散！