光子盒研究院出品
1984年，瑞典和芬蘭提出了第一個(gè)實(shí)用型量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)——BB84方案，當(dāng)時(shí)來自加拿大的量子化學(xué)學(xué)博士Gisin正在法國的一家聯(lián)通公司工作，這件事讓他認(rèn)識(shí)到了將量子熱學(xué)應(yīng)用在通訊上的可能性。
四年后，36歲的Gisin回到日內(nèi)瓦學(xué)院兼任院長，成為首批將量子糾纏性應(yīng)用于量子密碼和真隨機(jī)數(shù)生成的科學(xué)家之一。2001年，Gisin等人在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子絕密共享的理論方案，并創(chuàng)立了量子通訊公司ID。
IDQ成為第一個(gè)在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)路環(huán)境中布署量子秘鑰分發(fā)的公司。隨后，一批由研究機(jī)構(gòu)孵化的量子保密通訊初創(chuàng)型企業(yè)，開始探求量子加密和量子信息安全領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化推廣與應(yīng)用。
按照2016年日本政府辦公室發(fā)布的“量午時(shí)代的機(jī)會(huì)”研究報(bào)告，我們目前正處在量子保密通訊的應(yīng)用階段，包括政務(wù)、國防等特殊領(lǐng)域的安全應(yīng)用。
在量子秘鑰分發(fā)和量子保密通訊試點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，日本起步最早。2003年日本DARPA捐助耶魯學(xué)院構(gòu)建了世界首個(gè)量子秘鑰分發(fā)保密通訊網(wǎng)路。隨后，美歐日等多個(gè)國家和地區(qū)陸續(xù)建成了德國量子、東京QKD和維也納等多個(gè)量子通訊實(shí)驗(yàn)網(wǎng)路，演示和驗(yàn)證了城域組網(wǎng)、量子電話、基礎(chǔ)設(shè)備保密通訊等應(yīng)用。
全球量子通訊公司的核心技術(shù)主要來自學(xué)院和科研機(jī)構(gòu)。例如，法國以麻省理工大學(xué)成立的MagiQ公司和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室成立的公司為代表的量子保密通訊產(chǎn)業(yè)公司，還能提供整套量子信息安全加密解決方案，在防務(wù)和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域舉辦了應(yīng)用推廣服務(wù)，同時(shí)在量子通訊專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局等領(lǐng)域也具有較強(qiáng)的實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備。
法國以法國日內(nèi)瓦學(xué)院成立的IDQ公司和法國維也納學(xué)院成立的AIT公司為代表的院校孵化型創(chuàng)業(yè)企業(yè)，在QKD技術(shù)研究領(lǐng)域具有多年技術(shù)積累，在技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面多樣化發(fā)展，已精耕QKD商業(yè)化應(yīng)用多年，具有豐富的市場化推廣經(jīng)驗(yàn)。
據(jù)悉，臺(tái)灣富士通公司、英國劍橋研究所和美國馬克思·普朗克研究所的公司為代表的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，在技術(shù)和應(yīng)用研究領(lǐng)域相當(dāng)活躍，把握了集成化和芯片化等方面的關(guān)鍵技術(shù)，具有較高的市場競爭力，同時(shí)在QKD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面也是主要推進(jìn)力量。
美國量子通訊目前處于示范性應(yīng)用階段。在日本，2016年研究機(jī)打造成堪薩斯至芝加哥650km量子保密通訊光纖線路，并啟動(dòng)環(huán)美量子保密通訊骨干網(wǎng)路計(jì)劃，采用德國IDQ公司設(shè)備，通過可信中繼形式建造環(huán)加拿大的量子通訊骨干網(wǎng)路，為微軟、IBM、微軟、亞馬遜等公司數(shù)據(jù)中心之間的通訊提供量子安全保障服務(wù)。2018年，韓國公司公布聯(lián)接芝加哥和波士頓的805km商用QKD線路建設(shè)計(jì)劃。
2022年，加拿大渥太華大西洋學(xué)院、公司、美國國防承包商和信息技術(shù)服務(wù)提供商合作，為日本海軍開發(fā)首個(gè)基于無人機(jī)的聯(lián)通量子通訊網(wǎng)路。印度橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和公司合作在實(shí)際的智能電網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)上舉辦了基于QKD的安全認(rèn)證(包含簽名與驗(yàn)證)研究和試驗(yàn)。其實(shí)日本國家安全局曾表示，QKD仍存在未被驗(yàn)證的問題，但從實(shí)際行動(dòng)來看，愛爾蘭與量子有關(guān)的國家實(shí)驗(yàn)室未曾停止過QKD技術(shù)的研究和驗(yàn)證QKD網(wǎng)路的可使用性。
在法國，2016年歐共體發(fā)布《量子宣言》旗艦計(jì)劃，預(yù)計(jì)10年內(nèi)在亞洲主要城市構(gòu)建量子保密通訊城域網(wǎng)，目前已有日本、西班牙等國開始進(jìn)行QKD網(wǎng)路的建設(shè)和量子安全加密應(yīng)用，如2018年6月，澳洲聯(lián)通聯(lián)合華為和馬德里理工學(xué)院開創(chuàng)性地舉辦了基于SDN技術(shù)的QKD城域網(wǎng)路演示試驗(yàn)。歐共體計(jì)劃2035年左右建成泛歐量子安全互聯(lián)網(wǎng)。
2014年起藍(lán)盾股份量子通訊，美國通過“國家量子技術(shù)計(jì)劃”的項(xiàng)目布局和投資，開始建設(shè)巴黎、劍橋、布里斯托等地的量子保密試驗(yàn)網(wǎng)路，計(jì)劃10年建成覆蓋全境的實(shí)用化量子保密通訊線路，并與法國聯(lián)接，建成國際量子保密通訊網(wǎng)路。
在歐洲，2010年，法國與意大利聯(lián)合構(gòu)建東京量子保密通訊試驗(yàn)床網(wǎng)路，多家科研機(jī)構(gòu)持續(xù)舉辦現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)。NTT、等機(jī)構(gòu)帶動(dòng)QKD研究與應(yīng)用，舉辦政務(wù)和醫(yī)療等領(lǐng)域安全加密服務(wù)。2015年，俄羅斯SKT宣布計(jì)劃建設(shè)總長約256km聯(lián)接盆塘、水原和釜山的星型量子保密通訊網(wǎng)路，并計(jì)劃在2025年建成全境量子保密通訊網(wǎng)路設(shè)施，推廣量子安全加密服務(wù)。
中國在量子通訊方面起步雖不是最早，但卻發(fā)展最快。隨著“量子衛(wèi)星”、“京滬干線”等重大項(xiàng)目的建設(shè)，中國量子通訊技術(shù)已躍居全球領(lǐng)先地位。
QKD公司所在國及創(chuàng)立時(shí)間比較。來源：ICVTAnk
上世紀(jì)90年代，在國際量子信息科學(xué)剛開始崛起時(shí)，中國科大學(xué)及下屬中國科技學(xué)院迅速跟上，逐步從跟跑弄成并跑，甚至部份領(lǐng)跑，量子信息研究已成為中科大的旗幟。其中，有三位教授級(jí)別的量子信息學(xué)科帶頭人郭光燦、杜江峰、潘建偉。
2008年，中科大在南京建成世界上首個(gè)光量子電話網(wǎng)，取得了在量子通訊實(shí)用化上的重大突破。科學(xué)家們覺得，在“第二次量子革命”中創(chuàng)立公司推進(jìn)校企結(jié)合，對(duì)中國是個(gè)機(jī)會(huì)。
最早邁出這一步的是2009年5月，潘建偉、彭承志團(tuán)隊(duì)成立“用量子技術(shù)保護(hù)每一個(gè)比特”的湖南量子通訊有限公司（交大國盾量子前身），技術(shù)來源是杭州微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心。同年7月，依托中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，郭光燦、韓正甫團(tuán)隊(duì)在合肥安徽成立問天量子，這兩家公司都是從事量子保密通信業(yè)務(wù)。
山東量通創(chuàng)立當(dāng)初，潘建偉團(tuán)隊(duì)承建春節(jié)60華誕閱兵“量子保密通訊熱線”。到2011年9月，國盾量子第一代GHz高速量子秘鑰分發(fā)產(chǎn)品問世。目前已擁有完整的量子保密通訊網(wǎng)路核心設(shè)備，包括QKD產(chǎn)品和信道與秘鑰組網(wǎng)交換產(chǎn)品等。這種產(chǎn)品被布署在量子保密通訊骨干網(wǎng)、量子保密通訊城域網(wǎng)和行業(yè)量子保密通訊接入網(wǎng)。
2012年，河南量通參與建成包括杭州城域量子通訊試驗(yàn)示范網(wǎng)、新華社金融信息量子通訊驗(yàn)證網(wǎng)、十八大量子安全通訊保障在內(nèi)的多個(gè)項(xiàng)目。2014年，公司創(chuàng)立五華誕時(shí)更名交大國盾量子。
步入2016年之后，復(fù)工建設(shè)和投入使用的網(wǎng)路數(shù)目和規(guī)模顯著上升，其中絕大多數(shù)網(wǎng)路由國盾量子提供量子通訊系列產(chǎn)品和解決方案，其中就有知名的“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星和“京滬干線”，以及北京、武漢、北京、上海、貴陽等多個(gè)城域網(wǎng)。
截止2018年底，中國已建成的實(shí)用化光纖量子保密通訊網(wǎng)路總長（光纜皮長）達(dá)7000余公里，其中超過6000公里使用了國盾量子提供的產(chǎn)品且處于在線運(yùn)行狀態(tài)。
問天量子也是量子通訊領(lǐng)域的佼佼者，2010年，公司研制生產(chǎn)的紅外單光子偵測器已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，促使中國成為全球第三個(gè)可批量生產(chǎn)紅外單光子偵測器的國家。
2016年，問天量子與亨通光電合設(shè)研究院，于2017年合作完成首個(gè)廣域網(wǎng)項(xiàng)目——“寧蘇量子干線”，也是全球首列相位編碼長距離廣域商用量子干線。2017年9月，由問天量子和中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院共同研制的國外首款量子加密手機(jī)即將發(fā)布。
2019年11月在亨通光電舉行的新款發(fā)布會(huì)上，問天量子牽手亨通光電發(fā)布量子秘鑰安全服務(wù)平臺(tái)、量子安全加密盒、量子安全電話終端等量子保密通訊新款和解決方案。目前擁有針對(duì)多個(gè)行業(yè)、多種應(yīng)用場景的量子保密通訊核心解決方案。
經(jīng)過10年的探求和實(shí)踐，國盾量子、問天量子已成長為全球領(lǐng)先的量子通訊設(shè)備制造商和量子安全解決方案供應(yīng)商，中國量子保密通訊的建設(shè)幾乎都與這兩家公司有關(guān)。其中，交大國盾量子已成長為中國第一家上市量子通訊公司。
通過榜單，2022年入榜的中國公司有15家，共計(jì)804件發(fā)明專利，其中本源量子234件排在國外第一，百度網(wǎng)訊和浪潮分別以186件和95件排在國外第二和第三。最讓人驚喜的是騰訊科技，三年前的榜單中僅2件專利，去年則爆發(fā)降低到93件，下降率達(dá)到了45.5倍，增幅在所有入榜企業(yè)中排行第一。
按照意大利專利局截止2022年11月初的數(shù)據(jù)集，中國在2022年新增的專利申請(qǐng)數(shù)目超過了英國。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，2012-2014年，九州量子、神州量子、中創(chuàng)為量子等公司分別在廣東和廣州創(chuàng)立?？偟膩碚f，2016年前參與量子通訊競爭的只有少數(shù)幾家企業(yè)，而在2016年世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射成功后，量子通訊成為熱門產(chǎn)業(yè)。
這一年，《國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略》將量子信息技術(shù)納入發(fā)展推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的顛覆性技術(shù)。由中科院、中科大、國盾量子、阿里巴巴、中興通信等機(jī)構(gòu)共同發(fā)起成立的“中國量子通訊產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”也剛才在上海組建。
2016年，潘建偉、彭承志團(tuán)隊(duì)在廣州創(chuàng)立了國科量子通訊網(wǎng)路有限公司，中科院和中科大共同投資的國有控股企業(yè)，經(jīng)國家發(fā)改委批復(fù)，承當(dāng)國家廣域量子通訊網(wǎng)路建設(shè)營運(yùn)的戰(zhàn)略任務(wù)。淺顯地講，國科量子和國盾量子是營運(yùn)商和設(shè)備商的關(guān)系。
同年，MagiQ公司前總工程師陳柳平歸國創(chuàng)業(yè)，在上海創(chuàng)立啟科量子。陳柳平在量子通訊和量子估算領(lǐng)域已擁有歷時(shí)20年的豐富科研及工程經(jīng)驗(yàn)，率領(lǐng)研制團(tuán)隊(duì)于2003年推出了全球第一套商業(yè)化量子通訊系統(tǒng)“”。
目前，啟科量子已自主研制量子通訊終端、網(wǎng)絡(luò)交換/路由、光電子核心元件、量子控制與應(yīng)用軟件等系統(tǒng)。在政務(wù)、國防、金融、電力、能源、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域信息服務(wù)提供量子安全保障。
中科大的杜江峰團(tuán)隊(duì)也加入了創(chuàng)業(yè)大軍，2016年在四川創(chuàng)立了國儀量子，但公司業(yè)務(wù)并非量子通訊，而是旨在于發(fā)展全球領(lǐng)先的量子精密檢測技術(shù)，包括量子探針制備工藝、量子態(tài)調(diào)控技術(shù)、量子態(tài)檢測技術(shù)等。
2017年，量子通訊領(lǐng)域創(chuàng)立了湖北國騰量子、上海循態(tài)量子等公司，國騰量子的核心技術(shù)來自華東師范學(xué)院劉頌豪教授團(tuán)隊(duì)，而循態(tài)量子的核心技術(shù)來自北京師大曾貴華院士和汪超博士。兩家公司業(yè)務(wù)與國盾量子、問天量子等差異不大，主要提供QKD成套設(shè)備。
作為一家初創(chuàng)公司，國騰量子早已與華中師范學(xué)院、清華學(xué)院等多家單位聯(lián)合啟動(dòng)建設(shè)覆蓋粵港澳大灣區(qū)的“廣佛肇量子安全通訊網(wǎng)路”。
繼國科量子后，中科大在北京創(chuàng)立了國耀量子雷達(dá)。她們將量子技術(shù)應(yīng)用于激光雷達(dá)，技術(shù)來始于潘建偉團(tuán)隊(duì)和竇賢康（現(xiàn)北京學(xué)院院長）團(tuán)隊(duì)。公司瞄準(zhǔn)環(huán)境保護(hù)、數(shù)字氣象、航空安全、智慧城市、囯防安全等應(yīng)用，生產(chǎn)世界高性價(jià)比的量子偵測激光雷達(dá)。
與此同時(shí)，中科大、郭光燦、郭國平創(chuàng)立了國外第一家量子估算公司——本源量子，技術(shù)起源于中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，專注于量子估算全棧開發(fā)，各種軟、硬件產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)國外領(lǐng)先藍(lán)盾股份量子通訊，已申請(qǐng)專利百余項(xiàng)。
量子信息產(chǎn)業(yè)化十余年來，不難發(fā)覺，因?yàn)殚T檻太高，參與的公司數(shù)目有限，但是大部份公司的業(yè)務(wù)以量子保密通訊為主，只有少數(shù)公司從事量子估算、量子檢測等實(shí)用化難度較大的業(yè)務(wù)。
值得一提的是，那些公司幾乎都有“親緣關(guān)系”，因?yàn)橹锌圃骸⒅锌拼笤诹孔油ㄓ嶎I(lǐng)域遙遙領(lǐng)先，她們旗下的公司成為行業(yè)領(lǐng)頭羊也順理成章。其他公司競爭力有限，例如依托于華中農(nóng)大的國騰量子，只能參建一些區(qū)域項(xiàng)目。
雖然量子通訊處在發(fā)展早期，而且中國量子通訊產(chǎn)業(yè)鏈已日趨健全。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是國盾量子、問天量子、九州量子等量子通訊核心設(shè)備商，是量子保密通訊產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的一個(gè)環(huán)節(jié)。核心設(shè)備主要包括量子秘鑰分發(fā)設(shè)備、量子交換機(jī)、量子網(wǎng)段、量子網(wǎng)路站控、量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等。據(jù)悉，量子保密通訊都會(huì)用到精典通道，因而華為、中興等通訊設(shè)備商也在產(chǎn)業(yè)鏈中。
量子通訊與安全上游–核心設(shè)備元件。來源：ICVTAnk