賽迪智庫

量子互聯網是基于量子通信技術產生和使用量子資源的新型功能網絡，是在互聯網上疊加新功能的基礎設施，將帶來網絡安全、計算，以及科學上的飛躍，應用前景巨大。

2020年7月，美國能源部公布量子互聯網發(fā)展藍圖，明確了美國量子互聯網的4個優(yōu)先方向和5個關鍵里程碑，計劃以美國能源部下屬的17個國家實驗室為核心節(jié)點，十年內建成全國性量子互聯網。今年2月以來，美國和歐盟先后出臺重量級量子技術戰(zhàn)略性文件，將量子互聯網作為發(fā)展目標，部署開展多項量子互聯網相關研究任務。借鑒歐美國家布局量子互聯網的經驗，賽迪研究院網絡安全研究所認為，我國應做好量子互聯網頂層設計，搶占量子互聯網技術制高點，打造量子互聯網發(fā)展的良好生態(tài)。

世界主要國家和地區(qū)加快布局量子互聯網

美國：確立量子互聯網發(fā)展目標和實現路徑，以多個國家實驗室為主體推進量子互聯網建設

在戰(zhàn)略層面，美國國家量子協調辦公室今年2月發(fā)布《美國量子網絡的戰(zhàn)略構想》，明確了構建世界首個量子互聯網的愿景目標，并提出未來5年內，實現從量子互連、量子中繼器、量子存儲器到高通量量子信道和探索跨洲際距離的天基糾纏分發(fā);未來20年內，推動量子互聯網鏈路利用網絡化量子設備實現經典技術無法實現的新功能。7月，美國能源部發(fā)布《從遠距離糾纏到建立全國性的量子互聯網》，明確了量子互聯網發(fā)展藍圖，提出了4個優(yōu)先研究方向，同時，還設定了量子互聯網建設的5個關鍵里程碑：實現通過光纖網絡驗證安全量子協議，校園或城市間量子糾纏分發(fā)，運用糾纏交換實現城際量子通信，使用量子中繼器進行州際量子糾纏分發(fā)，以及建立實驗室與學術界和產業(yè)界之間的多方生態(tài)系統(tǒng)，實現從演示向運行過渡。此外，還提出了以美國能源部下屬17個國家實驗室為核心節(jié)點，十年內建成全國性量子互聯網。

在實施層面，2020年3月，在26英里長的光纖網絡中，美國阿貢國家實驗室與芝加哥大學共同完成了“量子環(huán)”系統(tǒng)測試。紐約長島地區(qū)的石溪大學和紐約布魯克海文國家實驗室正在研究通過光纖電纜等方式實現11英里的糾纏光子傳輸，并計劃將量子網絡延伸到曼哈頓地區(qū)，建成后將是世界上首個量子中繼網絡。

歐盟：同步實施多項量子互聯網相關計劃，著力推進歐洲量子通信網絡的研究和建設

在戰(zhàn)略層面，2020年3月，歐洲量子技術旗艦計劃發(fā)布《戰(zhàn)略研究議程（SRA）》，明確了旗艦計劃的發(fā)展目標：短期（3年）目標是利用量子密鑰分發(fā)（QKD）協議和可信節(jié)點網絡開發(fā)天基量子密碼，演示可作為未來量子中繼器構成模塊的初級鏈路;中長期（6～10年）目標是利用量子中繼器演示800公里以上距離的量子通信，演示至少20個量子比特的量子網絡節(jié)點，演示利用衛(wèi)星鏈路產生糾纏等;長期目標是實現量子互聯網。

在實施層面，2018年10月，歐盟委員會啟動歐洲量子技術旗艦計劃，在未來十年內擬投資10億歐元支持量子通信、量子計算、量子模擬、量子計量和傳感等領域的研究。2020年1月，德國、法國等24個歐盟成員國實施量子通信基礎設施計劃，將在未來十年共同研發(fā)和部署歐盟量子通信基礎設施。目前，荷蘭代爾夫特理工大學的斯蒂芬妮·韋納團隊正在建立一個完全通過量子技術連接荷蘭代爾夫特、阿姆斯特丹等城市的四節(jié)點量子網絡，計劃在2020年底前建立代爾夫特和海牙之間的量子網絡。俄羅斯：制定國家量子行動計劃，推進量子互聯網平臺建設

2019 年12 月，俄羅斯出臺國家量子行動計劃，擬在5 年內投資約7.9 億美元，打造一臺實用的量子計算機。2020 年4 月，圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學與俄羅斯風險投資公司合作，計劃于2021 年啟動量子互聯網平臺試驗區(qū)建設，擬投資3 億盧布（約合410 萬美元），利用俄羅斯鐵路公司的基礎設施打造量子互聯網平臺。

印度：提出國家量子任務，實施量子互聯網關鍵技術創(chuàng)新

2020 年2 月，印度科學技術部提出國家量子任務，計劃未來5 年內投入800 億盧比（約合11.2 億美元），重點推進量子通信、量子計算、量子材料開發(fā)和密碼學等量子互聯網關鍵技術創(chuàng)新。

量子互聯網前景看好，但仍面臨諸多技術挑戰(zhàn)

量子互聯網在安全、計算和科研領域應用前景巨大

量子互聯網是基于量子通信技術產生和使用量子資源的新型功能網絡，是在互聯網上疊加新功能的基礎設施，將帶來網絡安全、計算，以及科學上的飛躍，應用前景巨大。一是可實現無條件安全通信。量子互聯網利用量子的不可克隆定理，能夠實現遠超現有加密技術的安全量子信息傳輸，是目前唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全通信方式，有望為軍隊、政府、銀行等領域用戶提供安全通信的終極解決方案。二是可升級量子計算。量子互聯網可連接多個量子計算機，構建分布式量子計算系統(tǒng)，形成單個量子計算機無法實現的規(guī)模計算能力。三是可助力科學研究。比如，利用量子糾纏同步時鐘，可將全球定位系統(tǒng)等導航網絡的精度從米提高到毫米級;構建量子時鐘網絡，能極大地提高引力波等現象的測量精度;連接相距數千公里的光學望遠鏡，可獲得相當于一個同等直徑的單碟望遠鏡的分辨率等。

全球量子互聯網發(fā)展仍處于起步階段

2018 年10 月，荷蘭代爾夫特理工大學的量子研究團隊在《自然》雜志發(fā)布量子技術路線圖，將量子互聯網的發(fā)展分為可信節(jié)點網絡、準備和測量、糾纏分布網絡、量子存儲器網絡、量子計算網絡等6 個階段。美國量子互聯網發(fā)展藍圖也設定了包括量子協議驗證、校園或城市間量子糾纏分發(fā)、城際量子通信、州際量子糾纏分發(fā)等在內的5 個關鍵里程碑。當前，各國重點推進的基于量子密鑰分發(fā)的量子保密通信網絡均屬于量子互聯網發(fā)展的初級階段，僅具備量子互聯網的部分功能。量子互聯網的終極階段是用量子隱形傳態(tài)或量子糾纏交換技術作為鏈接，將用戶、量子計算機、量子傳感器等節(jié)點連為一體，產生、傳輸、使用量子資源。不過，起步階段距商用的量子互聯網仍前路漫漫。

發(fā)展量子互聯網需解決可信中繼等諸多技術難題

從長期看，發(fā)展量子互聯網需要量子通信、量子精密測量、量子計算等領域全方位的突破。從近期看，完善量子保密通信網絡，需要解決長距離量子保密通信網絡中的中繼站點沒有得到量子技術的充分保護，而存在“可信中繼”的問題，需要在量子存儲、量子中繼等領域實現技術突破，實現超越一對固定目的地之間的量子糾纏分發(fā)。量子互聯網的傳輸性能雖大大超越了傳統(tǒng)的網絡傳輸，但是由于中繼等原因也不可避免會發(fā)生錯誤，需要研發(fā)支持糾纏分發(fā)和隱形傳態(tài)的高保真網絡設備，以及可以補充損耗、容許操作糾錯的量子中繼器方案。

對我國的啟示

目前，我國尚未提出量子互聯網發(fā)展戰(zhàn)略，量子互聯網研究應用主要集中在量子通信領域，缺乏對量子信息技術演進和產業(yè)發(fā)展的整體布局。應借鑒歐美發(fā)達國家和地區(qū)布局量子互聯網的經驗，在戰(zhàn)略規(guī)劃、技術創(chuàng)新、產業(yè)生態(tài)等方面謀劃布局。

確立發(fā)展戰(zhàn)略，做好量子互聯網頂層設計

盡快研究制定國家量子互聯網發(fā)展戰(zhàn)略，確定我國量子互聯網發(fā)展目標、重點、時間表和路線圖。堅持量子通信和量子計算發(fā)展并重，從長期戰(zhàn)略的高度推動量子互聯網基礎科研、技術攻關、設備研制和產業(yè)應用等工作。在我國重點城市加強量子網絡構建和量子衛(wèi)星布局，力爭在2030 年率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡。

做好基礎研究，搶占量子互聯網技術高地

發(fā)展量子互聯網，基礎研究的突破十分關鍵。基礎研究前期投入大、商業(yè)回報周期長，國家長期穩(wěn)定的支持至關重要。建議將量子互聯網納入國家重大科研計劃，通過自然科學基金、科技重大專項、重點研發(fā)計劃、戰(zhàn)略性先導科技專項等形式，持續(xù)加大對量子通信理論、方法，及相關器件研究的支持力度;強化量子精密測量、量子計算等領域的研究工作，補齊量子互聯網技術短板。加快量子中繼器、天基中繼站點、量子儲存、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)關鍵器件、量子通信廣域組網等技術創(chuàng)新發(fā)展，加強對量子互聯網系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性研究，解決量子通信設備的小型化和輕量化問題，降低制造和運行成本，推動量子互聯網研究成果在實際系統(tǒng)中的及時轉化和應用，力爭在核心技術領域搶占制高點。

加快產業(yè)布局，打造量子互聯網良好生態(tài)

得益于國家的戰(zhàn)略支持和前瞻部署，我國在量子基礎研究和產業(yè)化方面具備了堅實基礎?？紤]到歐美發(fā)達國家和地區(qū)在芯片集成、空間技術、高端材料等方面的技術優(yōu)勢和合作趨勢，我國應進一步加強量子互聯網產業(yè)鏈布局。通過國家專項、產業(yè)資金和社會資本等多渠道資金，大力支持相關高校和研究機構、企業(yè)強強聯合，強化量子互聯網的理論研究、技術研發(fā)、設備生產、網絡應用等產業(yè)鏈上下游的協同，不斷推進量子互聯網技術和產業(yè)發(fā)展，建立行業(yè)競爭優(yōu)勢，打造良好的產業(yè)生態(tài)。進一步加強對量子通信等技術標準的跟蹤，積極開展標準研究和制定，爭取盡早在相關設備和網絡標準方面取得實質性突破。