《日本量子网络白皮书》未来5年ICT五大战略技术与创新，聚焦量子网络安全

2019学术大礼包丨加入学术plus丨2018学术大礼包丨2017不可以错过的重磅报告们

在2022年1月，日本情报通信研究机构（NICT）发布《量子网络白皮书特集》。该特集预测了2035年左右的未来社会，并由此逆向提炼出今后研究开发中的关键技术课题。

本文对该白皮书特集、NICT于2021年3月公布的《量子网络白皮书》、日本内阁于2020年公布的《量子技术创新战略》进行系统梳理与译介，展现日本量子及相关战略技术的战略发展规划与现状，仅供读者参考。

日本NICT发布《量子网络白皮书特集》

编译：学术plus观察员 乔

本文主要内容及关键词

1.《量子网络白皮书特集》2022年1月发布，提出未来5年ICT技术五大战略领域（电磁波先进技术、革新网络、网络安全、通用通信、前沿科学）；聚焦量子安全技术研究与创新；量子技术平台路线图4个阶段

2.《量子网络白皮书》2021年3月发布，总结日本国内外量子通信、量子网络的发展现状与案例；日本主要8个量子技术研发基地；量子网络技术进展（2020-2030-2040）；量子网络技术研发3个主要内容；建设量子网络社会5个措施

3.《量子技术创新战略》2020年1月发布，明确“量子技术创新”定位，重点发展量子计算机软件开发与量子密码；3个基本方针，3个重点推进项目，5大创新战略（技术开发战略；国际战略；产业和创新战略；知识产权和国际标准化战略；人才战略。）

4.结语：2021年4月日本NICT已经开启第五个中长期计划，其动向值得继续关注

全球量子计算的战略能力与关键应用
全球量子竞赛
兰德《量子技术应用时间表》中美竞争未分伯仲
美国发布“后量子密码过渡”路线图
全球量子科技战略与政策（2020最全版）
内容主要整理自外文网站相关资料仅供学习参考，欢迎交流指正！文章观点不代表本机构立场*****
阅读英文原文/完整报告请点击文末：阅读原文

日本情报通信研究机构（英语译名：National Institute of Information and Communications Technology，简写为NICT）是隶属于日本总务省的独立行政法人机构（国立研究开发法人）。总部位于日本东京都小金井市，理事长为德田英幸；下设电磁波研究所、网络研究所、网络安全研究所、未来ICT研究所、量子ICT协创中心等。

1.白皮书特集

《量子网络白皮书特集》

量子ネットワークホワイトペーパー特集

图：《量子网络白皮书特集》封面

1.1 新一代社会形态愿景“Society5.0”

该特集称，NICT作为日本唯一一个专门从事信息通信领域研究的国家研究机构，以综合视角推进信息通信技术基础到应用的研究开发，同时负责促进与学术界、企业界、自治体及国内外研究机构等进行合作，将研究成果广泛应用于社会并注重创新；此外，还将灵活应对全球社会问题 ，通过融合网络空间和现实空间的系统，推进以人类为中心、有可持续性和包容性的“Society5.0”的实现。

注：Society5.0是日本在从2016年启动的第五期科学技术基本计划中提出的概念，意为继狩猎社会（Society1.0）、农耕社会（Society2.0）、工业社会（Society3.0）、信息社会（Society4.0）之后，日本要建设的未来新一代的社会形态，指通过融合网络空间和现实空间的系统解决经济发展和社会课题、以人类为中心的社会。

1.2 新 ICT技术战略的重点5大领域

为了早日实现该计划，在2021年4月开始的第5个中长期计划中，除了基于新ICT（Information and Communication Technology/信息通信技术）战略的重点5大领域（电磁波先进技术、革新网络、网络安全、通用通信/universalcommunication、前沿科学）的研究开发和开放创新的推进这一主要任务外，还将在Beyond5G（B5G）/6G、AI、量子信息通信、网络安全等4个领域，积极推进研究开发。

1.3 聚焦量子安全技术研究与创新

在量子信息通信方面，NICT将以建设量子安全技术的国际研究基地为目标，推进量子ICT协创中心的活动。目前，NICT已在B5G、量子信息通信这两个领域各发行了一部白皮书，今后将对这两部白皮书进行持续更新，在自身进行研究开发的同时，加深与国内外研究机关和企业的合作。

图：B5G白皮书封面。NICT于2021年3月公布。

该特集称，在2020年1月日本公布的《量子技术创新战略》中，提出建设“量子技术创新基地”，以招揽优秀人才，建设有机合作体制。该特集称，基地按中心领域分为8个，其中，NICT被指定为“量子安全基地”，承担量子安全相关进化发展的核心角色。从NICT的量子技术平台路线图可见其计划分为4个阶段：第1阶段（2022年左右），在日本关东圈实现量子计算机、量子密码等。第2阶段（2025年左右），在仙台、东京、大阪等城市之间，以量产化和低价化实现量子技术的集约。第3阶段（2030年左右），进入正式普及期，确立商业生态系统，在日本全境实现卫星和地面网络的整合。第4阶段（2035年左右），实现全球网络化。

1.4 NICT量子技术平台路线图4个阶段

第1阶段（2022年左右），在日本关东圈实现量子计算机、量子密码等。
第2阶段（2025年左右），在仙台、东京、大阪等城市之间，以量产化和低价化实现量子技术的集约。第3阶段（2030年左右），进入正式普及期，确立商业生态系统，在日本全境实现卫星和地面网络的整合。

第4阶段（2035年左右），实现全球网络化。

图：NICT的量子技术平台路线图

《量子网络白皮书特集》目录 2建设量子安全的国际核心基地4量子网络白皮书的目的和期待5使用光空间通信的量子密码——普及安全并安心的网络的技术6量子密码和量子密钥分发网络——致力于任何计算机都无法解读的密码技术的社会普及8量子界面——使用通信波长光子的物质量子系的相互连接9量子传感器——光钟的量子网络10面向量子网络的实现——整合地面系和卫星系的全球量子网络的建设和控制管理12召开《情报通信研究机构新技术说明会》13NICT的挑战File19——面向实现未来的量子网络的光量子控制技术的高级化14召开nanotech2022的通知14召开第26次“震灾对策技术展”的通知

2.白皮书

《量子网络白皮书》

量子ネットワークホワイトペーパー

QUANTUM NETWORK WHITE PAPER

2.1 《量子网络白皮书》概况

2021年3月31日，日本NICT公布了《量子网络白皮书》第一版（QUANTUM NETWORK WHITE PAPER），该白皮书着眼于“量子互联网”最终发展目标，总结了日本国内外关于量子通信的动向、实现量子网络的社会情况和案例，以及NICT为了实现该目标而进行的研究开发、路线图、推进战略等。NICT称，日本国内外正在致力于量子密码以及更进一步的量子网络（最终目标是“量子互联网”）。日本于2020年1月公布了《量子技术创新战略》，而NICT作为该战略中的“量子安全基地”，除了推进与量子网络相关的最尖端的研究开发外，还开始着手从事企业界、学术界、政府联合创立的基地建设，以及人才培养。

2.2 当前日本量子政策和研究开发动向

（1）量子政策与研发2018-2020

2018年起：

• 内阁的“战略性创新创造项目（SIP）”第2期
  

• 文部科学省的“光▪量子飞跃旗舰计划Q-LEAP”

• 经济产业省的量子计算（量子退火机等）

• 总务省的卫星通信方面的量子密码研究开发等

2020年1月，日本集产业界、学术界和政府之力，制定并公布了《量子技术创新战略》,以期推进量子技术创新

2020年起，内阁将量子通信在内的量子技术的研究开发纳入“登月型”研发制度（指困难但有梦想的计划），总务省开始了面向建设全球量子密码网络的研究开发。

（2）8个量子技术研发基地

当前，日本已经有8个主要量子技术的研究开发基地,分别在各个领域推进量子技术研究开发，分别为：

量子计算机开发基地（理化学研究所）
量子设备开发基地（产业技术综合研究所）量子计算机实用基地（东京大学—企业联合）量子软件研究基地（大阪大学）量子安全基地（情报通信研究机构）量子物质基地（物质和材料研究开发机构）量子传感器基地（东京工业大学）量子生命基地（量子科学技术研究开发机构）

2.3 实现量子网络的社会概貌

2020年代：QKD（从关东圈扩展到全日本规模）期待通过QKD网络，在医疗、生产、金融等领域实现重要信息的安全交换。
2030年代：QKD（从全日本规模扩展到全球规模）；卫星QKD/物理层密码；量子网络期待通过QKD网络的广域化，在更加多样化的领域内实现安心且安全的信息流通。量子计算机和量子传感器连接的量子网络开始在社会上普及。
2040年代：QKD（全球规模）；卫星量子通信；量子网络（全球规模）期待建成由多个量子网络在全球相互连接的“量子互联网”，前所未有的新型应用和服务出现，“量子互联网”成为支持人们丰富生活和社会经济活动的基础。

量子网络技术的进展计划如下：

图：量子网络技术的整体概念图

2.4 NICT对量子网络技术的研究开发内容

（1）量子密钥分发（QKD）网络：量子密钥分发（QKD）；密钥管理和密钥中继技术；QKD网络控制和管理技术；量子安全云技术。（2）卫星和空间通信：卫星量子密钥分发（QKD）技术；物理层密码技术；卫星—地面网络合作技术。（3）量子网络：量子界面；量子中继；多种量子网络控制管理；量子传感器网络（光钟量子网络）；量子计算（离子阱量子计算机）；量子计算（超导量子计算机）。

图：实现量子网络的研究开发路线图

2.5 建设量子网络社会的五类措施

为了建设量子网络社会，白皮书指出，须包括5类措施：

（1）研究开发（持续性研究开发的推进、研究成果的技术转移的推进、通过国家项目对研究开发的推进）；

（2）社会实践（实验床的建设、应用开发基础的提供（商业生态系统确立）、产业培养）；

（3）国内合作、国外合作（与大学和研究机构的合作、研究团体的形成、联盟的形成和支援、全球伙伴的建立、与外国机构合作程序的建立）；

（4）制度设计（国际标准化的推进；评价、检验和认定制度的建设；对网络保险的适用）；

（5）人才培养（量子本土人才的培养和确保；多样化量子人才的培养和确保；量子安全基地的使用）。

《量子网络白皮书》目录

第1章：前言1.白皮书：目的、定位、研究体制和日程2.国内外的动向和量子信息通信的整体情况第2章：实现量子网络的社会情况和案例1.实现量子网络的社会情况2.通过量子密钥分发（QKD）网络实现的应用3.通过量子网络实现的应用第3章：量子网络的进展概念图1.2025年左右的概念图2.2030年左右的概念图3.2040年左右的概念图第4章：主要技术和要求条件1.量子网络技术的整体情况2.主要技术和要求条件第5章：研究开发路线图第6章：推进战略：1.整体情况2.具体推进战略（1）研究开发（2）社会实践（3）国内合作、国外合作（4）制度设计（5）人才培养第7章：结语

3.创新战略

《量子技术创新战略》量子技術イノベーション戦略

2020年1月21日，隶属于日本内阁的统合创新战略推进会议发布了《量子技术创新战略（最终报告）》。统合创新战略推进会议是根据《统合创新战略》（2018年6月）设立的，负责协调和推动综合科学技术和创新会议、高级信息通信网络社会推进战略本部、知识产权战略本部、健康和医疗战略推进本部、宇宙开发战略本部、综合海洋政策本部以及地理空间信息利用推进会议的工作。《量子技术创新战略（最终报告）》指出，量子技术为将来的经济和社会带来变革，从安全保障的观点出发，它也是重要的基础技术；美、欧、中国都在该领域积极推进战略性的研究开发；日本也把“量子技术创新”加以明确定位，以发挥日本的优势，促进重点的研究开发，以力争在量子计算机的软件开发和量子密码等方面领先世界；无论从10～20年左右的中长期还是从5～10年左右的中短期着眼，都须计划性并战略性的推进该战略。

3.1 三个基本方针、社会目标、重点推进项目

三个基本方针：

①战略展开“量子技术创新”

②量子技术与现有技术等的一体化和综合化推进

③量子技术创新战略、AI战略及生物战略的融合、联合和强化。

三个社会目标包括：

生产性革命的实现、健康长寿社会的实现、国家及国民安全和安心的确保。

量子技术创新的三项重点推进项目：

①重点领域的设定（设定主要技术领域、量子融合创新领域；大幅度强化研究开发支援；制定技术路线图、融合领域路线图等）

②量子基地的形成（形成量子技术创新基地，例如量子软件研究基地、量子惯性传感器研究基地，实施从基础研究到技术实践和人才培养的一条龙运用等）；

③国际合作的推进（尽快建成量子技术相关的多边/双边合作框架；贯彻并强化安全保障贸易管理等）。

3.2 日本量子技术创新五大战略

技术开发战略；国际战略；产业和创新战略；知识产权和国际标准化战略；人才战略。

(1)技术开发战略

①主要技术领域包括：量子计算机与量子模拟；量子测量/传感；量子通信/密码；量子材料。

②量子融合创新领域：推进战略性活动，以实现实用化。制定“融合领域路线图”，实施国家直辖的大规模项目等。量子融合创新领域包括：量子AI、量子生命、量子安全。

(2)国际战略

①国际合作的战略性展开：在具备量子技术高水平研究和技术水平的国家地区之间，推进合作。以欧洲和美国为中心，建立政府层面的多边/双边合作框架。②安全保障贸易管理的贯彻：推进以包含量子技术在内的先进技术为对象的安全保障贸易管理。基于外汇和对外贸易法，建设安全保障贸易管理规定，强化运用体制。

(3)产业和创新战略

①形成国际研究基地：形成“量子技术创新基地”，打造从基础研究到技术实践的一条龙运用。例如超导量子计算机基地、量子软件基地、量子惯性传感器基地、量子安全基地等。

②成立企业界、学术界和政府联合创设的委员会：在量子技术领域建设和形成生态系统，以此促进开放创新。企业界、学术界和政府成立“量子技术创新协议会”，以研究和讨论量子技术如何用于产业和社会。

③打造创业投资环境：打造环境，促进基于量子技术的风险投资企业的创办。

(4)知识产权和国际标准化战略

①知识产权战略：基于开放和封闭战略，推进灵活利用等。

②国际标准化战略：推进量子技术相关的、为强化国际竞争力和获得市场的国际标准化战略。

(5)人才战略

①战略性的培养和确保优秀的年轻研究人员和技术人员。开发与量子技术相关的系统的、共通的教育计划，并加以实施。

②培养本土量子人才：激发对量子技术的兴趣和关心。召开量子技术的科学交流活动等。

图：《量子技术创新战略（最终报告）》的技术路线图

结 语

NICT称，2021年4月已经开启第5个中长期计划（2021年度至2025年度），将重点加大与国内外研究机构合作，对量子网络相关研究开发和社会实践进行努力。

日本未雨绸缪，着眼于量子技术的研发，在未来量子技术的全面竞争中，或可占得一席之地，其动向值得我们持续关注。

【参考资料】

[1]https://www.nict.go.jp/

[2]https://www2.nict.go.jp/idi/#whitepaper

[3]https://www8.cao.go.jp/cstp/ryoshigijutsu/ryoshigijutsu.html

[4]https://www8.cao.go.jp/cstp/siryo/haihui048/siryo4-1.pdf

[5]https://www8.cao.go.jp/cstp/tougosenryaku/kaigi.html

[6]https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/

（全文完）

 来了快看：2019学术大礼包 

 点击领取：2018学术大礼包

    声明：版权归原作者所有。文章观点不代表本机构立场。图片均来自于网络。

• 《中国电子科学研究院学报》欢迎各位专家、学者赐稿！

• 投稿链接 http://kjpl.cbpt.cnki.net
  

• 邮箱：[e-mail]