我国量子通信产业的技术路线图构建研究

doi:10.1004-7530/2019-36-7-1

摘要/Abstract

摘要：

文章依据实地调研和文献研究等手段获取的资料和数据,参考日本《战略性技术路线图2010》的方法,综合运用技术分解、专利分析、专家座谈等方法,构建了2016—2025年我国量子通信产业的技术路线图并提出结论和建议。研究结果表明,我国量子通信产业技术水平领先,市场潜力较大,未来应在重要通信安全、与经典网络融合、与云计算大数据交叉发展、商用增值服务等方面重点发力。

关键词: 量子通信, 通信安全, 产业技术路线图, 研发情景

Abstract:

Based on the data obtained by field investigations and literature research, refers to the method of Japan’s Strategic Technology Roadmap 2010, by means of the methods of technology decomposition, patent analysis and expert discussion, it puts forward the technology roadmap of China’s quantum communication industry in 2016 and 2025, it gives the conclusions and suggestions. The study suggests that China’s quantum communication industry technology is at the leading level, and this industry market space is large. So the future efforts should be focused on the important communication security, integration with classical networks, cross-development with cloud computing and big data, and commercial value-added services.

Key words: quantum communication, communication security, industrial technology roadmap, research and development situation

中图分类号:

TN918

李南凯,赵今明. 我国量子通信产业的技术路线图构建研究[J]. 江苏科技信息, 2019, 36(7): 1-4.

Nankai Li,Jinming Zhao. Research on the construction of technology roadmap specific to quantum communication industry in China[J]. Jiangsu Science & Technology Information, 2019, 36(7): 1-4.

图/表 6

表1

表2

表3

表4

表5

中国量子通信产业的技术路线图（2016—2025年）"

研发情景		2016年	2020年	2025年	2025年的景象
城域安全通信	1. 安全级别的提高	●通信波段单光子探测器室温下商用化产品的研发	●高速真随机数发生器的实用化	●单光子探测器工作频率提高的实现 ●推进量子密钥分发协议标准化的可能	★与传统IP互联网完美融合,基于光子的量子密钥分发完全成熟,普遍应用于政务、金融、公安、电网等重要通信安全领域 ★商用民用领域普及率提高,量子通信组网参与的示范城市覆盖中东部大部分省市,节点数和用户数双双大幅提高 ★中国城域量子组网在普通电话、传真、VOIP电话、视频会议、数据传输中实现标准传输协议,产品领先全球
城域安全通信	2. 数据带宽容量的提升		●与传统商用密码技术融合,大容量、高性能的网络数据加密传输的实现
城际安全通信	1. 安全级别的提高	●基于新型GHz终端达到单通道成码率>2.5 kbps@23dB衰减		●基于QKD和后量子加密,量子通信安全防护基本实现	★量子通信“京沪干线”建成运行,干线安全通信距离超过2 000公里 ★军民融合初步实现,国防、政务、金融等重要通信安全领域在数据传输、量子存储、量子中继和集控网络管理等方面达到较高安全级别,民用领域向治理环境污染、交通拥堵等民生领域拓展
	2. 传输损耗的降低	●基于波分复用实现成码率>8 kbps@23dB衰减	●八光子纠缠态的制备与操纵实用化
	3.传输速率的进步	●基于密钥扩展实现加解密吞吐量>10 Gbps
	4.安全通信距离的提高	●基于量子中继和多节点接入及并发,稳定实现中继站和可拓展组网集控站运行	●与设备无关量子密钥分发安全距离突破200公里
洲际安全通信	1. 安全级别的提高		●自由空间量子态隐形传输安全距离突破143公里	●量子隐形传输和纠缠分发产品化实现	★拓展中国-奥地利洲际量子密钥分发的应用范围,全球星地一体化量子通信网络建设的国际合作加强 ★量子通信科学实验卫星进入国防等重要安全领域应用,量子隐形传输商业化进程全球领先
洲际安全通信	2. 自由空间全天候的实现		●量子通信地面站和空间量子隐形传态实验站形成规模,建成星地一体化量子通信实验系统

表5

表6

参考文献 8

[1]	刘静静 .上海交通大学教授王寿泰:量子通信新进展[EB/OL].( 2012- 08- 14)[2018-05-06]. http://news.sjtu.edu.cn/info/1005/127369.htm.
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[7]	钟可君, 唐志列, 卢非 . 量子通信的研究进展和发展前景[J].光电子技术与信息, 2004(6):35-37.
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关键技术主题	主要研究方向主要应用领域	安全性	低损耗	高速率	远距离	大容量	全天候
城域光纤量子通信	1. 政务 2. 金融 3. 重要活动通信 4. 与IP互联网融合（公安系统）	○				○
城际光纤量子通信干线	1. 城域量子通信网 2. 军民融合 3. 交通 4. 金融 5. 国防	○	○	○	○
自由空间量子通信	1. 洲际量子通信网 2. 国防	○					○

层面	产品	关键技术
器件层面	1. 单光子探测器 2. 高速单光子光源 3. 随机数发生器	1. 新型光源技术 2. 新型探测器和相关材料技术 3. 高速随机数产生技术 4. 高速数据处理技术 5. 设备可用性和环境适用性提升技术 6. 量子密钥分发协议强化技术 7. 多自由度量子通信技术 8. 经典通信设施融合技术 9. 量子中继技术
设备层面	4. 量子密钥分发终端设备 5. 量子光交换设备 6. 量子中继设备	10. 集成化与模块芯片化技术 11. 接口及标准化技术 12. 工艺流程及标准化技术
网络层面	7. 量子密钥生成控制系统 8. 量子通信路由控制系统 9. 量子网络监测管理系统	13. 多路由（可信）中继交换技术 14. 多节点接入及并发技术 15. 大规模网络组网和管控技术
应用层面	10. 信令系统 11. 应用接入网关设备 12. 高速加密传输设备 13. 安全认证服务平台	16. 终端应用融合技术 17. 基于量子密钥的高速数据传输技术 18. 基于量子密钥的安全服务技术

排名	IPC号	IPC类名	出现频次
1	H04L-009/08	密钥分配	242
2	H04L-009/12	同步的或最初建立特殊方式的发送和接收密码设备	151
3	H04L-009/00	保密或安全通信装置	117
4	H01L-029/06	按其形状区分的;按各半导体区域的形状、相对尺寸或配置区分的适用于整流、放大、振荡或切换的器件	98
5	H04B-010/00	利用无线电波以外的电磁波（例如红外线、可见光或紫外线）或利用微粒辐射（例如量子通信）的传输系统	94
6	H04K-001/00	保密通信	91
7	G06N-001/00	基于特定计算模型的计算机系统	62
8	H01L-029/02	按其半导体本体的特征区分的适用于整流、放大、振荡或切换的器件	61
9	G02F-001/35	在光波导结构中的用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置	54
10	H01L-029/66	按半导体器件的类型区分的适用于整流、放大、振荡或切换的器件	49

排名	IPC号	IPC类名	出现频次
1	H04L-009/08	密钥分配	68
2	H04L-009/00	保密或安全通信装置	16
3	H04B-010/70	光子量子通信	15
4	H04B-010/30	H04B10/03-H04B10/70各组中不包括的适合于特定应用光学传输所涉及的光学方面,例如光功率供给或通过水进行光传输; 非光传输系统,例如采用非光子微粒辐射的传输系统	14
5	H04K-001/00	保密通信	13
6	H04L-029/06	以协议为特征的H04L 1/00至H04L 27/00单个组中不包含的装置、设备、电路和系统	10
7	G02F-001/35	在光波导结构中的用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置	8
8	H04B-010/00	利用无线电波以外的电磁波（例如红外线、可见光或紫外线）或利用微粒辐射（例如量子通信）的传输系统	7
9	H04L-009/32	公用密钥,即计算的加密算法不能被变换并且用户的加密密钥不需要保密	6
10	H04L-009/30	包括用于检验系统用户的身份或凭据的装置	6

关联技术领域情景	2016年	2020年	2025年
单光子探测器技术	●超导纳米线单光子探测器 ●转换单光子探测器的开发		●新制式探测器的开发
复杂网络管理控制技术	●量子安全通信解决方案的开发	●大型的、跨界的复杂网络组网及管理控制系统的开发	●量子安全防护解决方案开发
关联技术领域情景	2016年	2020年	2025年
干线远距离传输技术	●中继器接力技术产品的开发	●使用波分复用技术拓展信道带宽产品开发
设备小型化和标准化技术		●模块小型化、芯片化的实现	●新型平面光波导产品开发标准化

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