量子“Q波”技术白
皮书
（2023年）
1量子信息技术发展概况    1
1.1发展方向    1
1.1.1量子通信    1
1.2.2量子计算    2
1.3.3量子测量    2
1.2国内外发展现状    2
1.2.11主要国家政策    2
1.2.2量子通信设施部署概况    3
1.2.3电信运营商量子产业化现状    4
2中国移动量子密钥服务体系    4
2.1量子计算对密码算法的影响    4
2.2量子技术对通信网的使能作用    5
2.3量子密钥服务体系方案    6
3量子“Q波”密钥无线分发系统    7
3.1量子密钥分发问题    7
3.22量子密钥无线分发技术    8
3.3研究进展及关键问题    10
4量子“Q波”密钥服务中心    12
4.1系统架构    12
4.2主要功能    13
5量子“Q波”在通信行业应用场景    14
5.1关键信息基础设施安全    14
5.2移动终端加密通信    15
5.3量子安全对讲    16
5.4量子安全视频    16
5.5量子安全物联网    17
5.6数据容灾备份    18
6推进建议    19
缩略语列表    20
1量子信息技术发展概况
1.1发展方向
量子信息技术是量子物理与信息科学交叉的新生学科，其物理基础是量子力学。自从量子信息科学创立以来，已经先后孕育出激光、核磁共振等新技术，成为20世纪最重要的科学发现之一。进入21世纪，量子科技革命的第二次浪潮正在来临，催生了量子通信、量子计算和量子测量等一批新兴技术，在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典技术的瓶颈，将极大地改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力。
当前，量子技术主要包括量子通信、量子计算和量子测量，三大技术领域的成熟度存在一定差异。基于量子密钥分发的量子保密通信已进入产业化初期，是国内外运营商在量子科技领域的主要投入方向。
1.1.1量子通信
量子通信是量子信息科学的重要分支，它是指利用量子比特作为信息载体来进行信息交互的通信技术。其安全性由量子力学基本原理保证，在量子密钥传输过程中，窃听者无法做到既窃听又不留下痕迹。量子通信有两种最典型的应用方式:量子密钥分发（QKD）和量子隐形
传态。量子密钥分发可以提供原理上无条件安全的通信手段，是首个从实验室走向实际应用的量子信息技术。量子隐形传态可以用来传输任意未知的量子态，同时也是远距离量子密钥分发所需的量子中继的重要环节。
量子通信不是要替代经典通信方式，而是通过在经典通信中使用量子密钥以提升通信安全性，同时量子通信的规模化应用也需要与经典通信技术相融合。发展量子通信技术的终极目标是构建广域量子通信网络体系，广泛认可的发展路线是：通过光纤实现城域范围内的量子通信网络；通过中继分段传输实现城际量子通信网络；通过卫星中转实现数千公里甚至是全球化的量子通信网络。
1.1.2量子计算
量子计算利用量子叠加和干涉等原理进行量子并行计算，可以在特定问题上相对于经典计算提供指数级加速，为若干大规模计算难题提供了解决方案。量子计算机广义上包括通用量子计算机和专用量子模拟机。
量子计算研究可分为三个阶段。第一个阶段是实现“量子优越性”，即量子模拟机针对特定问
题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标已经实现；第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统，可在组合优化、量子化学、机器学习等方面发挥效用；第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，能够在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。实现通用可编程量子计算机还需要全世界学术界的长期艰苦努力。
1.1.3量子测量
随着量子测量技术的快速发展，计量标准将进入“量子时代”。这将全面提高七个基本物理量（长度、质量、时间、电流、温度、物质的量和发光强度）的测量精度，并可广泛用于授时、导航、医学检测、乃至包括引力波探测在内的基础物理检验。
得益于量子效应，量子精密测量能在诸如时间、重力、磁场、成像、遥感等领域，提供比现有技术更高的测量灵敏度、精度和速度。量子精密测量技术将在下一代时间基准、精确导航、基本物理常数测量、粒子探测、核磁共振成像、远程目标识别、全球地形测绘、引力波或暗物质的感应探测等广泛领域发挥重耍作用。
1.2国内外发展现状
1.2.1主要国家政策
作为事关国家信息安全的战略新兴领域，世界各国纷纷启动国家级量子科技战略行动计划，支持量子通信技术的研发和产业化。如，美国在2018年发布《国家量子计划法案》的基础上，2023年再次发布《量子网络战略愿景》、《“量子互联网”国家战略蓝图报告》，将量子互联网建设提上日程；2023年5月签署两项总统政令《关于加强国家量子计划咨询委员会的行政命令》和《国家安全备忘录：在提升美国在量子计算领域的领导力的同时缓解密码系统面临的风险》，加快推动美国量子信息科学发展。英国在2018年启动了第二阶段国家量子技术计划,强调要以行业为主导，加快量子通信等技术的商业化。欧盟在《量子技术旗舰计划》的支持下，正在全力推进建设量子通信基础设施（QeD。德国政府在“量子技术:从基础到市场”的量子技术研究国家计划中，提出重点研究量子卫星、量子计算和用于高性能高安全数据网络的测量技术等领域。此外俄罗斯、日本、韩国等国家也进行了战略部署。
1.2.2量子通信设施部署概况
我国在2016年建成了世界首条远距离量子通信“京沪干线”，并已实现与世界首颗量子试验卫星“墨子号”的对接。现在正在国家发改委的支持下，面向国家战略需求和可持续运营要求，
建设覆盖京津冀、长江经济带、粤港澳等重点区域的国家广域量子保密通信网络。受此影响，主要发达国家也在量子通信基础设施领域加快部署。如，美国QUamUmXChange公司正在建设沿东海岸的连接华盛顿特区和波士顿的总长约800公里的美国首个州际、商用量子密钥分发网络；欧盟量子通信基础设施项目的先导工程OPENQKD项目已经启动，通过部署测试平台，提升电信、医疗、电力供应和政府服务领域关键应用的安全性；英国分别在2019年和2023年完成了国家量子保密通信网络和伦敦量子城域网的建设，正在医疗、国防、银行和物流等领域开展试点应用；德国的QUNET大型量子通信项目，将建立德国量子通信基础设施的中心平台，为政府等关键领域服务，并为建设量子互联网奠定基础；韩国国家量子密钥分发网络将连接全国48个关键政府部门并保障其通信安全；俄罗斯铁路公司已经在莫斯科和圣彼得堡之间建成了总长700iapp免费源码分享网站公里的量子通信干线等。
在加紧布局远距离光纤量子通信网络的同时，全球主要国家和地区也在大力推进天基QKD基础设施建设。如，欧空局于2018年5月启动了空间量子加密通信系统项目（QUARTZ）；英国联合新加坡在2018年9月启动了量子卫星QKDQUbeSat项目；加拿大空间局正在部署为加拿大政府、金融交易等提供安全服务的量子卫星QEYSSat项目；德国在量子技术研究框架计划中将基于立方卫星的量子保密通信作为重点研究内容等。
1.2.3电信运营商量子产业化现状
近年来，世界主流电信运营商纷纷加大对量子保密通信产业的投入。英国电信BT>北美的VeriZon和东芝联合研发量子密钥分发技术。Verizon>BT、西班牙Te1efonica和韩国SKT等主流运营商联合产业界，正在建设量子保密通信网络。SKT于2023年推出了首款量子加密手机Ga1axyAQuantum,并于2023年4月发售了第三代量子加密手机。中国移动、中国电信于2023年5月分别发布了基于Vo1TE的量子加密通话产品。

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