我國首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射在即。如果該衛(wèi)星成功運(yùn)行，中國將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建 一個廣域量子通信體系。在構(gòu)建廣域乃至全球范圍的量子通信網(wǎng)絡(luò)體系方面，各個國家誓要搶占量子通信未來制高點(diǎn)的意圖已經(jīng)明朗。近期，我國首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn) 衛(wèi)星將擇機(jī)發(fā)射，如果成功發(fā)射，中國將成為全球第一個實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國家。
同時，“京滬干線”等地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)將于下半年建成，屆時，國內(nèi)將初步形成天地一體的廣域量子通信體系。
此外，今年6月發(fā)布的《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》中提出，加快城市群主要城市城域量子通信網(wǎng)構(gòu)建，建設(shè)長三角城市群廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
據(jù)了解，未來，京津冀、珠三角等重點(diǎn)城市群將繼長三角之后逐步啟動量子通信城域網(wǎng)建設(shè)，量子保密固網(wǎng)有望實(shí)現(xiàn)全國性覆蓋。
事實(shí)上，在構(gòu)建廣域乃至全球范圍的量子通信網(wǎng)絡(luò)體系方面，從各國戰(zhàn)略計劃看，無論是美國展開研制的量子互聯(lián)網(wǎng)，還是歐盟發(fā)展的基于量子中繼和衛(wèi)星的自由空間量子通信鏈路，亦或是日本計劃到2040年建成極限容量、無條件安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)，各國誓要搶占量子通信未來制高點(diǎn)的意圖已經(jīng)明朗。
記者采訪了相關(guān)專家、業(yè)內(nèi)人士和投資人，試圖從橫向和縱向兩個維度，還原中國量子通信從城域、城際到天地一體廣域體系和量子通信產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展路徑。
全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)
量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星有什么作用?多位業(yè)內(nèi)專家表示，未來在全國進(jìn)行量子通信組網(wǎng)時，城域(單獨(dú)一個城市范圍內(nèi))需要光纖進(jìn)行組網(wǎng)，城際(城市與城市之間)信息傳輸通過中繼器，而遠(yuǎn)距離的信息傳輸，則可以通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。
“這樣有短距離、長距離的量子通信，以及有線和無線方式，構(gòu)建一個完整的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。”一位不愿透露姓名的專家表示。
按照計劃，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于7月8日運(yùn)抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，隨后開展發(fā)射場測試和試驗(yàn)工作。屆時衛(wèi)星將由火箭發(fā)射至高度為500千米的預(yù)定軌道。
對于普通衛(wèi)星而言，只要順利升空就意味著至少成功了一半，但對于量子衛(wèi)星來說，發(fā)射升空僅僅只是開始，衛(wèi)星還要在太空中與地面機(jī)構(gòu)光學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行“互動”。
這也是此次量子衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)的重頭戲。它將產(chǎn)生并發(fā)送光子，地面系統(tǒng)則負(fù)責(zé)接收，完成包括星地高速量子密鑰分發(fā)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)、星地量子糾纏分發(fā)以及星地量子隱形傳態(tài)等多項科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
該衛(wèi)星重量約640千克，從外觀來看，體積并不大。而從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，最為核心的結(jié)構(gòu)分為兩層，下面一層是衛(wèi)星平臺的控制系統(tǒng)，上面一層搭載的是量子衛(wèi)星特有的四種有效載荷。
有效載荷是指衛(wèi)星平臺所搭載的儀器和設(shè)備，直接決定著衛(wèi)星執(zhí)行特定任務(wù)的能力。據(jù)了解，此次量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星搭載的四種有效載荷，分別是量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源和量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)。
如果該衛(wèi)星成功運(yùn)行，中國將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建一個廣域量子通信體系。
此外，按照規(guī)劃，我國還將搭建全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)。中科院上海分院副院長王建宇曾經(jīng)表示，中國在2016年首顆量子衛(wèi)星發(fā)射后還將發(fā)射更多衛(wèi)星，到2020年實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，屆時連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
毋庸置疑的是，中國即將發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，率先實(shí)現(xiàn)星地間量子通信，將搶占先機(jī)。“這對我們的能力是一種首肯。中國量子通信的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)可以說已經(jīng)走在世界前列。”最早參與量子產(chǎn)業(yè)化研究、現(xiàn)任九州量子董事長鄭韶輝表示。
量子通信骨干網(wǎng)布局
對于建立一個完整的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系而言，籌備量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射的同時，地面上的量子通信干線布局也在緊鑼密鼓的進(jìn)行。
按照計劃，由中科大牽頭的“京滬干線”下半年將建設(shè)完成。作為全國首條量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)，“京滬干線”總長2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海。
記者獲悉，整個項目建設(shè)分為量子設(shè)備定型、室內(nèi)聯(lián)試階段以及工程建設(shè)和應(yīng)用示范階段等三個階段。
“如果這條線(京滬干線)建得很成功，在通過國家密碼局等相關(guān)安全部門檢測后，我們相當(dāng)于懸賞，請大家來攻。”潘建偉曾在中科院與阿里巴巴合作成立“中科院-阿里巴巴量子計算實(shí)驗(yàn)室”的發(fā)布會上表示。
根據(jù)項目初步設(shè)計方案，“京滬干線”還將連接各地城域接入網(wǎng)絡(luò)，打造廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，建成大尺度量子通信技術(shù)驗(yàn)證、應(yīng)用研究和應(yīng)用示范平臺。
“京滬干線突破了原有的在合肥、濟(jì)南等地的量子通信城域網(wǎng)的短距離范圍，實(shí)現(xiàn)城市與城市之間的量子通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。今后利用這一廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，京滬兩地的金融、政務(wù)等機(jī)構(gòu)能進(jìn)行保密通信。”參與了京滬干線項目的一位人士表示。
有了“京滬干線”第一條實(shí)驗(yàn)干線的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，我國第一條商用干線“滬杭干線”也預(yù)計將于今年9月份竣工。
記者從“滬杭干線”的承建方、九州量子公司采訪獲悉，這條商用干線總長約260公里，途徑上海秀浦路、漕河涇、大港、嘉興東、桐鄉(xiāng)、杭州6個中繼站。
兩者有怎樣的關(guān)聯(lián)和區(qū)別呢?21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者詢問了多個業(yè)內(nèi)人士，“京滬干線”和“滬杭干線”都是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)里的重要組成部分。如果說“京滬干線”實(shí)現(xiàn)了從無到有的改變，“滬杭干線”則是進(jìn)一步優(yōu)化的產(chǎn)物，尤其是在商用價值的滿足上。
“滬杭干線的容量相比京滬干線要大很多，主要是為了滿足長三角區(qū)域的金融、商務(wù)、政府等客戶的大量需求。”九州量子董事長鄭韶輝告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者。“目前正在與杭州的90余所銀行洽談相關(guān)合作。”
鄭韶輝還透露，九州量子下一步還計劃將干線從杭州連接到南京，這樣在整個長三角形成一個環(huán)網(wǎng)，進(jìn)一步滿足客戶的需求。“舉例來說，滬杭線如果斷了，也可以通過杭州到南京再到上海。這樣對客戶而言，是非常有利的。”
此外，記者了解到，在“京滬干線”、“滬杭干線”的建設(shè)過程中，承建方積累了很多的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。這些成果將申請專利，為下一步量子通信領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定做好準(zhǔn)備。
長三角城市群“首秀”
在地面搭建的光纖量子通信骨干網(wǎng)，將在城市群中逐步展開，即在“線”的基礎(chǔ)上打造“環(huán)網(wǎng)”，未來有望在全國形成一個縱橫交錯的量子通信網(wǎng)絡(luò)。
今年6月發(fā)布的《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》中提出，加快城市群主要城市城域量子通信網(wǎng)構(gòu)建，建設(shè)長三角城市群廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
這意味著，長三角地區(qū)有望率先大規(guī)模地進(jìn)行量子通信產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，形成城市群的第一個“環(huán)網(wǎng)”。
為什么是長三角?21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者梳理地方政府在量子通信領(lǐng)域的布局發(fā)現(xiàn)，以長三角地區(qū)最為積極。坐擁中科大的合肥，于2012年首建合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)，并在規(guī)劃建設(shè)“量子通信產(chǎn)業(yè)園”，上海、浙江的多個城市也都在加緊布局量子通信產(chǎn)業(yè)，期待未來可以共享產(chǎn)業(yè)化的紅利。
“長三角是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭地區(qū)之一，無論是金融、政務(wù)、商務(wù)還是其他領(lǐng)域，對于傳輸信息安全的需求都極為迫切?！兑?guī)劃》提到要建成量子網(wǎng)絡(luò)，正是基于這一背景。”鄭韶輝表示。
此外，從區(qū)域來看，長三角作為帶頭“吃螃蟹”的地區(qū)，將對其他地區(qū)產(chǎn)生重大的示范效應(yīng)。
在鄭韶輝看來，當(dāng)量子通信網(wǎng)絡(luò)開始發(fā)揮效用以后，更多的地區(qū)會跟進(jìn)建設(shè)。同時，作為基礎(chǔ)建設(shè)的一部分，量子通信網(wǎng)絡(luò)可以說是配合了長三角經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的需要，隨著政務(wù)、金融、軍事、商用等領(lǐng)域?qū)π畔踩匾暢潭鹊募訌?qiáng)，量子通信產(chǎn)業(yè)將會步入發(fā)展的快車道。
未來，京津冀、珠三角等重點(diǎn)城市群將繼長三角之后“被激活”，逐步啟動量子通信城域網(wǎng)建設(shè)，量子保密固網(wǎng)有望實(shí)現(xiàn)全國性覆蓋。
去年年底，由華夏幸?；鶚I(yè)股份有限公司、安徽問天量子科技股份有限公司和河北省固安縣打造的“下一代信息網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園”落戶河北省固安新興產(chǎn)業(yè)示范區(qū)。
三方將重點(diǎn)發(fā)展結(jié)合應(yīng)用場景的量子安全技術(shù)研發(fā)與推廣，以及量子保密示范系統(tǒng)的建設(shè)。今后，該項目將覆蓋京津冀地區(qū)的信息安全網(wǎng)絡(luò)，并輻射延伸至整個華北地區(qū)，構(gòu)筑華北大數(shù)據(jù)和信息安全中心。
此外，在業(yè)內(nèi)人士看來，城市群的量子通信城域網(wǎng)不斷建設(shè)，不僅對相關(guān)領(lǐng)域的信息安全傳輸有重大意義。而且，隨著量子通信產(chǎn)業(yè)化的不斷深入，也將催生出一批數(shù)百億，甚至千億市值的大企業(yè)。
“量子+”時代來臨?
互聯(lián)網(wǎng)+正在改變我們的生活，“量子+”正在改變互聯(lián)網(wǎng)。量子手機(jī)、量子簽章、量子測量儀在不久的將來也有望出現(xiàn)。甚至量子信息將與各行各業(yè)融合，邁入“量子+”時代。
天地一體化量子通信體系的搭建和逐步完整，為這些應(yīng)用產(chǎn)品在各行各業(yè)的出現(xiàn)提供了無限可能。業(yè)界都在密切關(guān)注量子通信技術(shù)未來發(fā)展應(yīng)用方向。
2015年云棲大會上，阿里巴巴和中科院共同發(fā)布阿里云量子加密通信產(chǎn)品，通過量子加密手段增加互聯(lián)網(wǎng)安全，宣告了互聯(lián)網(wǎng)邁入了量子時代。
與其他新興技術(shù)不同的是，業(yè)內(nèi)人士對于量子通信產(chǎn)業(yè)未來研判的思路較為清晰。
從業(yè)內(nèi)人士的預(yù)判來看，這需要經(jīng)歷量子通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)提升、全國性量子通信廣域干線搭建、新的服務(wù)平臺商出現(xiàn)三個階段。這也是量子通信產(chǎn)業(yè)鏈的逐步延伸和完善。
在業(yè)內(nèi)人士看來，量子通信已經(jīng)進(jìn)入茁壯成長期，重點(diǎn)應(yīng)該放在量子通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)提升，使得設(shè)備更加穩(wěn)定、易于維護(hù)、成本下降，這需要與產(chǎn)業(yè)鏈上游的器件緊密合作。
同時，這一時期的另一個重點(diǎn)是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上延伸搭建量子通信的基礎(chǔ)干線。“京滬干線建成后，將繼續(xù)搭建延伸到三亞，并從上海搭建到武漢的干線，完成一縱一橫的干線搭建。長三角環(huán)網(wǎng)也逐漸形成，滿足這些區(qū)域用戶的剛性需求。”
第二個階段是隨著量子通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的成熟，由運(yùn)營商主導(dǎo)，進(jìn)行全國性的組網(wǎng)。這個階段也將逐步形成量子通信領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并有望誕生量子在各個領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品。
“以量子手機(jī)為例，就是量子通信應(yīng)用技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，相關(guān)的核心技術(shù)還需要攻關(guān)。”科大國盾量子的一位人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者。
在量子通信成為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施之時，將迎來量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三個階段。這個時期會出現(xiàn)一批新的平臺商，同時，各行各業(yè)都有大量的應(yīng)用量子通信產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶。
那時，“量子+”的時代也就來臨了。
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