“通信新局”：迈向产业转型的挑战与机遇

光子盒研究院

在当今信息技术迅猛发展的背景下，通信安全与效率日益受到全球关注。在这种情境中，量子通信技术应运而生，被广泛认为是未来通信领域的一场革命性突破。

量子通信技术的独特之处在于，它不同于传统基于电子的通信方式，而是利用量子力学的一些特有属性，如量子纠缠和量子不可克隆定理，提供了理论上无法被破解的安全通信手段。这种前沿科技的兴起，预示着一个更加安全、高效的通信时代的来临。

量子通信的重要性不仅体现在其为数据传输提供了前所未有的安全性，更在于其广泛的应用前景，从军事和政府通信的安全保障到民用领域的数据保护，量子通信展现了其独特的价值和巨大潜力。随着技术的不断进步，我们正见证一个由量子通信技术推动的产业转型。

本文将重点探讨量子通信产业链的发展及量子网络测试平台在此过程中的关键作用。量子通信产业链覆盖了从基础材料研发、高端设备制造，到复杂系统的集成与服务，每个环节均对传统通信技术提出了挑战和创新。同时，量子网络测试平台作为这一创新过程中的核心环节，不仅为量子通信技术的研发提供了实验平台，还为其商业化应用奠定了基础。

通过深入分析这两个关键领域，我们能更全面地理解量子通信技术的当前状况与未来发展前景。

尽管我们仍处于量子时代的初期阶段，但在量子技术的众多领域中，量子通信与安全无疑是最为关键的领域之一。
当前，这一领域不仅是最为重要的研究方向，更是量子技术发展的重中之重。相较于其他依赖于强大量子计算能力的量子领域，量子通信与安全更加紧迫，尤其是面对“现在收集，解密未来”的威胁——即对手今天搜集加密数据，打算未来使用量子计算机进行解密，这种策略直接催生了对量子网络安全技术投资的必要性。
量子技术的快速发展不仅推动了量子通信和安全技术的进步，而且在这一领域中与现代通信和安全需求相互融合。量子通信与安全市场构成了一个充满创新与竞争的复杂生态系统。
近期，国外的Quantum Insider Intelligence Platform跟踪了160多家活跃在从后量子密码学到量子互联网等领域的公司，提供了这一领域的全面市场分析。

量子通信与安全市场可分为几大类，每一类都涉及量子技术的不同方面及其在加强安全措施以应对当代和未来威胁方面的应用。
1）后量子加密（PQC）。随着量子计算逐渐变为现实，它带来了破解现有数字安全加密技术的潜力。后量子密码学提供了一系列算法，旨在对抗量子计算机的能力，确保数据在未来仍然安全。
2）量子通信和安全硬件。包括开发量子通信和安全所需物理设备的公司。这些设备如量子密钥分发（QKD）系统、量子中继器等，该领域的公司在硬件创新和产品范围扩展方面不断取得进展。
3）量子加密。通常涵盖量子密钥分发（QKD），它是一种利用量子力学保护通信安全的方法。量子加密技术的特点是能检测到任何窃听企图，并通过改变密钥来警示发送者和接收者。
4）量子互联网。指的是建立一个由量子计算机、设备和用户构成的全球网络，以实现超安全通信和提高信息处理能力。开发量子互联网涉及创建安全的量子网络，同时确保与现有互联网基础设施的兼容性。
在这一领域活跃的公司正在开发多种技术，旨在未来实现全球范围内的即时、安全通信，这将对人们与数字世界的互动方式产生革命性影响。

在详尽剖析了全球量子通信安全市场的复杂构架之后，我们现转向探讨量子通信的产业链。这一产业链覆盖了从基础研究到应用开发的全方位环节，彰显了量子通信技术的逐步成熟以及其在各个行业中所带来的深刻变革。
量子通信产业链大致分为以下几个核心环节：
- 基础材料与设备：这一阶段关注于量子通信系统所需基础材料、光子探测器、量子光源等核心部件的研发和生产。
- 设备制造：涉及将这些基础部件组合，打造出如量子随机数生成器、量子密钥分发设备等量子通信装备。
- 系统集成：该环节着重于将独立设备整合成更为复杂的系统，以便在现实通信网络中发挥作用。
- 软件开发：此环节负责开发控制量子通信硬件、管理量子密钥、保障系统安全的软件。
- 服务与应用：此部分提供量子通信解决方案，如安全通信服务、量子通信网络设计和咨询等。

来源：ICV&光子盒 《2024全球量子通信与安全产业发展展望》
在产业链的上游，核心器件与材料是量子通信技术的关键支柱，包括先进的量子芯片技术、量子光源以及单光子探测器等。此外，其他核心器件如PPLN（周期极化铌酸锂）晶体、PPLN（周期极化铌酸锂）波导、光纤光缆等元件同样在上游产业链中发挥着关键作用。
这些部件不仅是量子通信技术的基石，还是信息传输和共享过程中不可或缺的组成部分。
在产业链中游，我们见到了涉及核心设备、网络建设集成、保密网络运营及后量子密码学（PQC）的公司。核心设备涉及到关键的量子通信设备，如QKD设备、组网设备和网络管理软件平台，这一环节确保信息的安全传输，并通过设备、网络建设和运营的协同作用，为量子通信与安全的进一步发展提供了坚实基础。
同时，产业链中游还加入了PQC领域，包括新一代的加密算法、安全协议、芯片等。这部分的发展使得产业链更为全面，更加关注未来密码学的演进。
产业链下游涉猎广泛的应用领域，包括国防、金融、电网及其他终端应用。在这些领域中，量子通信技术的应用旨在提升通信安全，有效预防窃听和网络攻击，从而保障敏感信息的安全。
可以看出，产业链已形成了一个多元化的生态系统，包括了硬件制造商、软件开发商、系统集成商和安全服务提供商。此外，还有通信运营商和云服务提供商，如Amazon和Telefonica，它们正在实现量子通信技术与现有网络服务的融合。
随着技术的不断进步和市场需求的增长，这一产业链在不断完善和扩展，预示着量子通信在未来通信技术中扮演的重要角色日益凸显。

在深入剖析量子通信产业链及其在技术发展和市场变革中的核心作用之后，我们现转向关注量子网络测试平台——量子通信技术发展不可或缺的一环，也是技术验证和优化的关键场所。
这些平台的设立让研究人员和工程师得以在实际环境中测试量子通信的原理和设备，加速技术的成熟和应用。此外，这些测试平台还在制定量子通信标准、为未来商业化和规模化应用打下坚实基础方面扮演着重要角色。
事实上，量子通信领域中的测试平台至关重要，因为它们提供了既安全又可控的环境，专注于验证量子通信技术的实用性、可靠性和效率。通过在这些平台上进行测试和完善，量子通信技术得以在真实世界的应用场景中得到锤炼，进而为其商业化及广泛应用奠定了坚实的基础。
虽然目前这一领域仍处于发展初期，但众多组织已开始搭建量子试验平台，试图利用这些量子网络进行实验，以便进一步发展相关技术并推动整个领域的前进。通过这些努力，量子网络测试平台将成为推动量子通信技术进步的关键力量。

已知的量子网络测试平台列表

在2022年，芝加哥量子交换（CQE）在芝加哥大学普利兹克分子工程学院的引领下，对其已有的89英里（144公里）量子环路进行了扩充，新增了35英里（56公里），使网络总延伸至124英里（200公里）。这一拓展不仅扩大了网络的覆盖面积，还将芝加哥及其周边的实验室通过量子网络紧密连接，构建成为了美国规模最大的量子网络之一。
该网络目前正积极运行量子安全协议，与东芝的合作，利用光缆技术分发量子密钥，并向学术界及工业界开放，成为美国首批公共可用的量子安全技术测试平台。

同样，查塔努加电力局（EPB）联手量子技术企业Qubitekk，推出了美国首个商业量子网络——EPB Quantum Network，面向私营企业以及政府和大学研究人员。
在欧洲，量子互联网联盟（QIA）启动了一个为期七年的宏大项目，致力于打造创新的量子互联网生态系统。项目初期阶段的预算为2400万欧元，且“量子互联网”已被欧洲委员会选定为战略投资的重点领域，目的是构建由欧洲制造的全球性量子互联网。
中国在量子通信领域的代表作之一是京沪干线，全球首个超千公里的量子通信网络。它连接北京与上海，途径济南和合肥等多个城市，总长约2000公里，其主要功能是进行量子密钥分发，提升通信安全。
中国科学技术大学和中国科学院等机构在量子通信方面取得了许多显著成就，其研究团队在量子通信和加密技术领域拥有众多创新性成果。
除了跨城市的大型网络，中国在济南、武汉等地区建立了地市级的量子通信网络。

2021年，中国科学家曾建立了世界上第一个综合量子通信网络，将地面700多根光纤与两条地对星链路相结合，为全国用户实现了总距离4600公里的量子密钥分发
与此同时，国际上如新加坡的国家量子安全网络Plus（NQSN+）、日本的东京QKD网络、韩国IDQ和SK Broadband建立的全国QKD网络，以及印度正在建设的基于量子计算的电信网络，都在积极推进量子通信技术的发展。
全球范围内的量子通信技术正处于蓬勃发展之中，这些案例体现了量子网络测试平台在推动量子通信技术发展和应用方面的关键作用。
然而，在构建和运营量子网络测试平台的过程中，业界仍面临众多挑战，包括技术难题的攻克、昂贵的研发和设备成本、以及缺乏统一的通信标准和协议等。这些挑战在促进技术革新、跨学科及跨行业合作以及吸引政策和资金支持等方面，同样孕育了无限机遇。
量子网络测试平台不仅充当技术验证的实验室，更是加速未来量子通信发展的助推器。通过这些平台的现实应用和持续探索，量子通信技术正向着成熟迈进，为通信技术的未来变革奠定了坚实的基石。

随着量子通信从理论向现实应用迈进的步伐日益加快，我们正见证着量子通信产业的根本转型。
量子通信——量子互联网部署的驱动力，以其数学上的完美安全性，成为最受瞩目的颠覆性技术之一。这一技术的进展不仅限于理论探索，更显著的是它在实践应用上的重要性。通过将理论成果转化为实际的技术和应用，量子网络测试平台充当了这一过渡的关键中介，它们不仅验证了量子通信理论的可行性，还促进了技术的进一步完善和实践应用。
这些测试平台的建设和运行依托于量子通信产业链的深入发展。从材料研发到设备制造，再到系统集成，每一个环节都对构建这一技术生态系统至关重要。随着产业链各环节的不断优化和完善，测试平台得以更高效地进行技术的试验和验证。而从测试平台获得的实践结果与反馈，又不断地推动产业链的每个部分朝着更成熟的方向发展，形成了相互促进的良性循环。
这一演进对全球通信技术的进步起到了关键作用。全球各方面的利益相关者——学术界、私营部门和政府机构，正在通过合作与竞争来推动量子通信技术的前进，分享知识和资源，并通过健康的竞争关系来激励创新和提升效率。
随着量子技术的不断演进和完善，一个新的时代正在到来，一个以安全、高效和互联为标志的时代。它将根本改变我们的通信方式和信息安全标准，为通信行业引领了新的转型潮流，预示着更广阔的发展前景和应用潜力。

参考链接（上下滑动查看更多）：

[1]https://quantumcomputingreport.com/where-are-the-worldwide-quantum-networking-testbeds/

[2]https://thequantuminsider.com/2024/03/15/tqi-exclusive-quantum-communications-and-security-marketing-map/

[3]https://www.prnewswire.com/news-releases/qunnect-unveils-rd-facility-and-gothamq-network-research-hub-at-brooklyn-navy-yard-301797037.html

[4]https://epb.com/newsroom/press-releases/epb-and-qubitekk-launch-commercial-quantum-network-to-accelerate-development-and-adoption-of-quantum-products/

[5]https://www.uibk.ac.at/en/newsroom/2022/build-an-advanced-european-quantum-internet-ecosystem/

[6]https://analyticsindiamag.com/inside-indias-first-quantum-computing-based-telecom-network/

[7]https://quantumcomputingreport.com/where-are-the-worldwide-quantum-networking-testbeds/

[8]https://www.global-qi.com/product-page/outlook-report-quantum-safe-23

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