2022全球量子通信产业发展报告

ICV联合光子盒研究院生产

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一、量子密钥分发-安全盾

表12021年全球量子密钥分发主要进展

来源：ICV

量子随机数发生器-不可预测源

表22021年量子随机数发生器研究进展

来源：ICV

三、量子隐形传态-通往量子互联网

表32021年量子隐形传态主要进展

来源：ICV

量子通信行业主要分为上游、中游和下游。上游主要是部件和核心设备；中游主要是网络干线、系统平台、施工和维护；下游主要是安全应用。

图1量子通信产业链

来源：ICV

一、产业链上游

产业链的上游参与者主要是元器件供应商和核心设备供应商。

部件包括一些部件、芯片和雪崩二极管，总的来说，主要是一些基本的光电部件和量子通信核心部件。单光子子探测器件、频率转换器件、量子随机器件等。由于量子通信设备整体采购量小，难以驱动相关设备和芯片制造商的研发和生产，因此高度依赖进口。目前，我国设备制造商集中度低，芯片设计环节薄弱，难以满足量子通信设备的规格要求。脉冲光源、单光子探测器、光调制器等上游性能与国际仍存在差距。 FPGA 依赖进口等。英特尔、紫光同创、复旦微电子集团、华微电子等芯片企业，恒通光电等提供光纤光缆的企业。

核心设备是用于量子态制备、存储和交换的设备，包括量子密钥分发设备、量子交换机、量子网关、量子网站控制、量子随机数发生器等。由于量子通信对单光子密钥发送及接收的严格要求，量子通信设备对单光子源、单光子探测器、量子随机数发生器等器件的需求与光通信设备有明显差别。目前，中国供应商主要是国盾量子、问天量子、九州量子等公司。他们都是在量子技术浪潮下成立的初创公司。他们只成立了几年，但技术门槛很高。国外供应商有老牌科技公司，如TOSHIBA、NVIDIA等等，还有近年来专注于量子通信的公司，如量子信息技术ID Quantique。此外，由于目前量子保密通信是通过经典渠道传输的，华为、ZTE等老通信设备制造商也在产业链中。

二、产业链中游

产业链中游主要是量子通信网络的传输层和平台层。传输层主要依靠现有的光纤通信网络，在承载大部分数据传输业务的光纤网络机房和站点内部署量子保密通信网络的核心设备，形成覆盖面相对完整的量子保密通信网络，实现基础信息网络、重要信息系统、重要工业控制系统和政府信息系统的强有力安全保护。

传输干线是实现远程量子通信和量子网络的传输渠道。美国第一个洲际和商业QKD网络，利用Zayo公司提供的特殊暗光纤将华尔街金融市场与新泽西州后台业务联系起来。量子通信网络节点已成功布置在英国、法国、德国、意大利、奥地利、捷克、波兰等国家。日韩也逐步建立了自己的量子通信网络。我国量子保密通信网络建设包括国家骨干网(一级干线)、省骨干网(二级干线)、城市网三个层次。与现有的通信网络类似，量子保密通信网络除了设备提供商外，还需要运维提供商。唯一的区别是量子网络的运维不是垄断行业，不仅是量子网络公司可以参与，还有中国信息、中国通信等传统运维提供商。例如，在中国京沪干线建设中，中国有线电视网络有限公司国数字系统集成服务有限公司（中国信息子公司）、中国通信建设集团有线公司（中国通信子公司）等。

系统平台主要负责信息的整合和处理，并根据需要提出相关指令。系统平台层包括经典网络管理子系统、量子网络管理子系统、量子密钥分发子系统、综合网络监控子系统、备份容灾子系统、量子密钥管理子系统等，并提供量子设备和解决方案。

运营商和集成商提供网络建设、网络资源部署和后期运营维护管理服务。例如，中国有线支持量子保密通信京沪干线的全线建设；中国电信和中国联通参与了部分城市QKD网络建设，积极推进共纤传输等新技术试验。

中游参与者有量子通信公司，如国盾量子和国科量子。这是因为能够承担量子通信网络建设的公司数量仍然很少。许多公司在成立时获得了更多的机会。未来业务可以细分或剥离，但也可能成为大型、全面的公司。此外，参与者还包括移动、中国联通、电信三大网络运营商、中国信息、中国有线、中国卫星通信集团等传统运营商和恒通光电、中信国安等建设运营商。

三、产业链下游

由于量子通信属于信息安全范畴，下游用户拥有大量重要、敏感的信息或庞大的系统，一旦受到攻击，将对生产生活产生巨大影响。这也使得目前量子通信的客户主要是政府、军队、大型中央企业和国有企业、电力系统、金融系统和高端业务。

量子保密通信产业链在探索和发展中逐步建立，涉及基础研究、设备研发、施工运维、安全应用等。2021年，应用案例发展新，无人驾驶汽车等应用增加。

（一）政务

量子保密通信（QKD）可用于保护政企专网基础设施及其服务的安全，通常基于IPSec或TLS安全虚拟专用网络（VPN）结合数据中心和分支机构之间的流量识别和加密技术QKD链路加密机可与这些技术相结合，满足企业网站之间的信息加密需求。在成都、南京、武汉、海口等地进一步开展或规划量子保密通信试点应用。

2022年2月，济南电子政务外网认证系统量子通信应用平台通过国家信息中心（国家电子政务外网管理中心）成果验证，正式投入使用。首次实现了国家、省、市、区、街道五级电子政务外网节点与量子通信网络节点的跨网对接，以及量子通信技术在电子政务外网认证体系中的应用。

（二）金融

目前，金融主要与中国人民银行和中国银行业监督管理委员会合作，开展城市数据备份和加密传输、在线银行加密、远程灾害准备、监管信息系统收集和提交、人民币跨境收付系统应用等工作。应用量子技术的银行包括工商银行、中国银行、建设银行、交通银行、民生银行、上海浦东发展银行、光大银行、北京农村商业银行、上海银行、上海农村商业银行等。金融行业的用户更注重金融数据的安全，因此选择量子加解密传输、量子证书、量子签名等服务。

目前，银行业的普遍应用被采用QKD实现点对点量子密钥的安全传输。通信两端通过量子通信设备使用BB84协议将量子密钥传输到对端量子安全加密路由器，传统路由器使用加密量子密钥与对端创建IPsec隧道，进行数据加密传输。

2021年5月，中国工商银行成功实现了量子技术在客户信息加密场景中的应用。为进一步提高客户信息安全保障能力，工行首次将量子随机数应用于客户登录、支付结算、资金交易等重要金融场景，并根据量子态不确定原理识别和验证客户信息。与行业中常用的软硬件生成的随机数量相比，量子随机数量可以更有效地检查用户为，防止网络攻击，如交易数据的截获和重播，确保客户意愿的真实性、交易过程的完整性和安全性，有效地保护客户权益。量子随机数发生器被认为是安全性最高的随机数发生器，具有随机性、不可推测性和不可重复性的特点。即使是恶意第三方制造的组件，或者窃听者拥有计算能力最强的量子计算机，也无法预测或知道数。将量子随机数发生器应用于加密服务平台，生成量子随机数，为金融场景提供更高的安全性能。

目前，国盾量子率先与多家银行、证券、期货、基金等金融机构开展了数据中心远程灾难准备、企业网上银行实时转账等应用，特别是中国人民银行人民币跨境收付信息管理系统RCPMIS量子保密通信应用是核心。

（三）电网

基于量子的解决方案特别适用于监控和数据采集（SCADA）系统-从中央指挥中心控制和监控现场设备。公用事业和基础设施公司多年来一直在使用SCADA系统管理电站和管道。美国橡树岭国家实验室（ORNL）、洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）、多年来，中国国家电网组织一直在研究量子密钥分发（QKD）确保能源和电力部门的安全。

中国的电网是全球最大规模的电网基础设施。世界多地层出现过各种原因断电、电网受攻击事件，对国家政权、社会经济、人民生活造成重大影响。因此，中国的电网现已借助在太空建立的量子通信网络，保护电网免受攻击。该网络的一部分连接着福建省的电网和北京的国家应急指挥中心。

墨子号能有效地捕捉到从北京指挥中心发射出的纠缠光子。在接收端，一个移动站可以接收到卫星传输的量子信息，并将其传送到本地的电网计算机。如果第三方设法拦截了一些光子，它就会改变链路中其他光子的物理状态，同时触发警报。使用墨子号来传递数据加密的量子密钥，理论上使得政府以可以以相对较低的成本维持对中国各地供电设施的控制，同时更加安全。

2021年5月，在演习中，这条超安全的通信线路使中央政府的工作人员能够接管沿海省份电网的运行，并且相关命令很难被第三方窃听或操纵。

图2 量子卫星被用来在北京（左）和福建之间传递命令

来源：国家电网

在过去五年中，从东部的浙江省到西部的新疆已经为其电网建立了地面量子通信电缆。北京政府还拥有一条通往上海的光缆，以加强对中国最发达城市电力管理的控制。出于安全考虑，某些关键操作，例如主干网的开关，以前只能手动执行。由于量子通信的安全性提高，这些操作开始机械化，将切换时间从几小时缩短到几秒钟。

2021年4月，九州量子联手国网电力浙江大有集团，合作研发全球首台配网量子加密智能开关，并正式投运杭州亚运会莲花主场馆。

2021年6月，国盾量子设立浙江国盾量子电力科技有限公司，形成了首批“4G+量子加密”智能开关、量子安全服务平台远程控制试验环网柜、中国首条基于量子加密无线通信的全自动化架空线路等一系列应用。

（四）工业互联网

2021年7月，国盾量子与紫光云引擎科技有限公司、安徽中科锟铻量子工业互联网有限公司达成战略合作。三方将在量子信息、产业数字化和数字产业化等领域实现协同合作：基于各自技术优势共建量子工业互联网创新中心，深入量子工业互联网应用场景，输出产品与解决方案；汇聚三方资源优势，全力支持中科锟铻建设、运营量子工业互联网平台及相关产品，并在营销体系、产品体系建设，市场拓展等各方面给予大力支撑，打造行业示范样板；三方还将共同致力于相关领域的人才培养。

2021年9月，国盾量子与长虹美菱、中科类脑等合作的“基于量子安全的工业互联网边缘计算网关关键技术研发及示范应用”项目获得安徽省科技重大专项立项。该项目将充分发挥各方的技术领先优势及工程经验，推动实现关键数据采集、传输、控制等大规模应用场景化部署，实现用量子保密通信技术为工业数据精准交互提供安全保障。

（五）云数据中心

在不同的数据中心之间进行数据备份、业务连续性等业务时，量子保密通信可以用于保障数据中心之间数据传输的安全性。在数据中心间设置的链路加密机可以通过QKD按需更换密钥，满足企业、用户的高安全数据传输需求。

在不同的数据中心之间进行数据备份、业务连续性等业务时，量子保密通信可以用于保障数据中心之间数据传输的安全性。在数据中心间设置的链路加密机可以通过QKD按需更换密钥，满足企业、用户的高安全数据传输需求。

2021年8月，中国首家量子云数据中心——天翼银商量子云数据中心正式启用。合作由中国电信安徽公司和中电信量子公司作为量子安全能力集成方、量子安全能力提供者，合力进行量子安全平台的建设与量子加密应用；银联商务在合作中输出金融级运维标准，并协力建成专业金融级运维团队及运维体系。

（六）其他

2021年，除了上述主要行业用例以外，还有以下量子保密通信用例：

表4 部分量子通信应用案例

来源：ICV

图3 量子安全产品应用

来源：国盾量子、ICV

由于量子通信行业目前整体处于寡头垄断市场，供应商具有较强的议价能力，再加上当前相关产品的生产成本较高，产品售价较传统通信方式昂贵很多，从而限制了产品的大范围应用。随着云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的加深应用，对信息安全的重视将不断提高，量子保密通信作为抵御窃听和破译挑战的持续有效手段，正是未来信息安全的基础和方向之一，量子通信在各细分领域的应用也将加强。2021年11月，《个人信息保护法》施行，这也将推动个更多单位寻求更新的技术保护个人信息数据，有望更多的加入量子加密传输等技术。

一、量子光源

在量子通信中，量子信号起着重要作用，而量子信号的编码、传输和检测等技术都依赖于信号的量子特性，因此，量子通信技术的实现必须获得稳定可靠的量子光源。量子光源主要分为：单光子光源、连续变量光源和纠缠态光源。其中连续变量光源又分为相干态光源和压缩态光源；纠缠态光源又分为光子对纠缠和多光子纠缠。

表5 全球主要量子高速脉冲激光器供应商产品

来源：各公司官网

二、单光子探测器

单光子探测器（Single photon detector，SPD）是一种超低噪声器件，增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子（photon）。单光子探测器可以对单个光子进行探测和计数，在许多可获得的信号强度仅为几个光子能量级的新兴应用中，单光子探测器可以一展身手。在生物光子学、医学影像、非破坏性材料检查、国土安全与监视、军事视觉与导航、量子成像以及加密系统等领域有广泛应用。

表6 全球主要单光子探测器供应商产品对比

来源：各公司官网

三、QKD设备

量子密钥分发（QKD）是量子保密通信的核心产品。负责量子密钥的产生和分发。QKD设备的研制门槛较高，全球仅少数研发团队能够提供。例如国盾量子、问天量子、启科量子、IDQ等。

表7 全球主要QKD设备供应商产品对比

来源：各公司官网

四、量子安全路由器

量子安全路由器作为量子保密通信解决方案中的核心应用设备，将量子密钥与经典网络设备融合，同时实现了经典通信的加密和路由交换功能，为用户搭建端到端电信级稳定、高速的量子加密应用网络。

表8 全球主要量子路由器供应商产品对比

来源：各公司官网

五、量子交换机

光量子交换设备用于实现量子信道时分复用，是量子密钥分发网络组网的重要产品。光量子交换机系列产品包括两种不同类型的光量子交换设备：矩阵型光量子交换机和全通型光量子交换机：矩阵型光量子交换机采用交叉式光纤链路交换，该类型的光量子交换机多用于量子密钥中继内部，实现密钥分发终端的扩容与备份；全通型光量子交换机支持多通道光纤链路连接，每个通道与其他通道间均可实现互连，适用于多用户量子保密通信局域网络或城域网络。

表9 全球主要量子交换机供应商产品对比

来源：各公司官网

六、量子随机数发生器

随机数是影响通信安全和通信系统可靠性至关重要的因素。随机数是由随机数发生器产生的，随机数发生器可以分为三类：伪随机数发生器、基于经典物理的物理随机数发生器和基于量子物理的量子随机数发生器。与前两类相比，量子随机数具有真正的不可预测性。目前主要量子通信公司几乎都在开发量子随机数发生器。

表10 全球主要量子随机数发生器供应商产品

来源：各公司官网

七、量子卫星地面站

在星地量子密钥分发中，地面站起到了接收卫星数据的作用。随着技术快速进步，量子卫星地面站已经实现了可移动和小型化。该小型化量子卫星地面站是国盾量子与中国科学技术大学合作研发的具有完全知识产权的卫星QKD地面站产品。该系列产品基于卫星平台自由空间量子通信技术，在原墨子号地面站光机系统的经验基础上设计改造，将原有地面站光机系统的大、重、不可移动，需远离城市背景光，转变为现在的口径小、重量轻、体积小，可快速移动部署，适应城市背景光，能够实现精确捕获跟瞄量子卫星，实现量子信号高效耦合。

该产品定位于星地量子密钥分发的接收，地面站光机系统总重不大于150公斤，回转半径不大于1.2米。该产品推出既可实现两个遥远地点间的量子通信，还可满足驻外机构、近远海岛屿、海上油气田、野外作业等量子通信需求。

图4 小型化量子卫星地面站产品

来源：国盾量子

八、移动加密应用产品

随着量子技术的不断发展，相关量子通信产品已经逐渐走向普惠消费者（to C），特别是移动加密应用产品，包括量子安全服务移动平台、量子安全U盾、量子安全加密卡产品、量子密钥充注机、量子安全手机和量子安全网关设备等。

表11 主要的量子安全服务移动平台

来源：各公司官网

表12 量子安全网关供应商产品对比

来源：各公司官网

表13 量子安全U盾产品对比

来源：各公司官网

表14 量子安全加密卡产品对比 

来源：各公司官网

表15 量子密钥充注机

来源：各公司官网

表16 量子安全云端平台

来源：各公司官网

一、中国

目前，中国在量子通信网络建设上已经取得了耀眼夺目的成绩。2021年，中国继续取得多项世界领先的成就。

1、中国构建世界首个天地一体化量子通信网络

2021年，基于量子保密通信“京沪干线”与“墨子号”量子科学实验卫星，中国构建了世界首个天地一体的广域量子通信网络，实现地面跨度4600公里、天地一体的大范围、多用户量子密钥分发，证明广域量子通信技术实际应用已经初步成熟，国盾量子为上述保密通信网络提供核心量子设备和技术支持。1月7日，研究团队在国际学术期刊《自然》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”（An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres）的论文，国盾量子是主要参与单位。

图5 综合空间对地量子网络的说明

来源：《An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres》

2、中国建成500公里无中继光纤量子通信网络

2021年6月，中国科学技术大学、济南量子技术研究院、国盾量子联合研究团队使用已有商用光纤链路，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，分别采用两种技术方案实现500公里量级双场量子密钥分发（TF-QKD），创造了现场无中继光纤量子密钥分发传输距离的新世界纪录。国盾量子公司技术人员参与了实验，并为其提供了QKD硬件平台和电子学控制系统。

实验分别用了两种技术方案来克服技术难题：采用激光注入锁定实现了428公里TF-QKD；利用时频传递技术实现了511公里TF-QKD。研究团队基于SNS-TF-QKD（“发送-不发送”双场量子密钥分发）协议，发展激光注入锁定技术和时频传输技术，将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同；再针对现场复杂的链路环境，开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统；此外，对于现场光缆中其他业务的串扰，精心设计了QKD光源的波长，并通过窄带滤波将串扰噪声滤除；最后，结合中科院上海微系统所研制的高计数率低噪声单光子探测器，在现场将无中继光纤QKD的安全成码距离推至500公里以上。

图6 511公里无中继QKD网络

来源：《物理评论快报》

3、量子密钥分发（QKD）和后量子加密算法（PQC）的融合应用

2021年5月，来自中国科大、上海交通大学、云南大学与国盾量子、国科量子等公司的联合研发团队宣布，在国际上率先完成量子密钥分发（QKD）和后量子加密算法（PQC）的融合应用。实验设备采用了国盾量子研制的QKD产品，国盾量子研发团队在实验中进行了相关QKD设备和PQC上位机通信的设计，搭建实验平台完成QKD+PQC的网络实验的数据采集、分析等工作。各方共同发挥自身的科研和产业优势，推动量子安全技术的融合发展。

2021年8月，国盾量子、中国科大、国科量子、济南量子院与上海交大等单位组成的联合团队完成了国际首次量子密钥分发（QKD）和后量子密码（PQC）融合可用性的现网验证。相关工作作为编辑推荐文章发表在著名学术期刊《光学快报》上。该研究进一步在现网实际业务中验证了融合方案的可行性,不仅将PQC认证协议集成到QKD设备内部，还在多用户、现网通信条件下进行了长时间运行测试。实验中，研究人员使用了国盾量子系统频率为40MHz的QKD设备进行协议集成，PQC认证协议参与了QKD协议交互的对基、纠错、保密增强、密钥校验等全部数据交互环节。

4、中国首次实现15用户量子安全直接通信网络

2021年9月，上海交通大学的陈险峰团队和江西师范大学李渊华等人合作构建了一个15个用户的量子安全直接通信（QSDC）网络。他们利用量子安全直接通信原理，首次实现了网络中15个用户之间的安全通信，传输距离达40公里。这为未来基于卫星量子通信网络和全球量子通信网络奠定了基础。

图7 量子安全直接通信网络示意图

来源：《光科学应用》

为了实现QSDC的广泛应用，研究人员构建了全连接的基于纠缠的QSDC网络：包括5个子网，15个用户。其中，任何两个用户共享的纠缠态的保真度都高于97%。结果表明，当任意两个用户在长度为40公里的光纤上进行QSDC时，他们共享的纠缠态的保真度仍然超过95%，信息传输速率保持在1Kbps以上，证明了所提出的QSDC网络的可行性。该网络具有很好的可扩展性。利用这种方案，每个用户通过共享的不同波长的纠缠光子对与任何其他用户互连。此外，在使用高性能探测器以及偏振调制器（PM）的高速控制的情况下，可以提高到大于100 Kbps的信息传输速率。

5、中国科大、国盾量子等实现46节点量子城域网

2021年10月，中科大潘建伟、陈腾云、彭承志、赵勇等，清华大学马雄峰等，以及国盾量子和宁波大学的研究人员，在一篇发表于《npj Quantum Information》的论文中，介绍了一个具有46个节点的量子城域网的现场操作。通过采用具有可扩展配置的网络维护标准设备实现了不同的拓扑结构。

该团队连续运行网络31个月。通过复杂的密钥控制中心实现了QKD配对和密钥管理。该网络支持实际应用，包括实时语音电话、短信和文件传输，以及一次一密加密，从而支持11对用户同时进行音频通话。这项技术可以与城际量子主干网结合，并通过地面卫星链路形成全球量子网络。

除了已取得的成就，中国在量子通信网络建设方面也有诸多规划：

1、最大量子城域网项目正式启动建设

2021年9月，在“2021量子产业大会”上合肥量子城域网项目正式启动建设。该城域网系目前中国最大、覆盖最广、应用最多的量子城域网，有望打造成为实用化量子通信网络的标杆范例。

合肥量子城域网基于合肥市电子政务外网，构建量子核心网和接入网，包含8个核心网站点和159个接入网站点，建设量子安全服务平台，实现数据库量子安全加密。量子密钥分发网络光纤全长1067公里，为市、区两级近500家党政机关提供量子安全接入服务。规划建设中国最大、覆盖最广、应用最多的量子城域网。量子通信设备主要由国盾量子提供。

2、将发射可在全球实现量子密钥分发的低轨“量子星座”

2021年9月，中国科学院院士王建宇在“2021量子产业大会”上透露，除了墨子号量子卫星，一个可在全球实现量子密钥分发（QKD）的低轨“量子星座”，预计2022年将发射首颗卫星，这将推动量子卫星通信进一步从科学实验室走向落地商业运营。近几年来，围绕构建全球量子通信网络的愿景目标，中国制定了“三步走”策略：基于现有光纤的城域网、基于可信中继的城际网和基于卫星中转的洲际网。未来“量子星座”的构建将加快实现这一目标。

二、英国

2021年，英国在量子通信网络建设中取得的成就如下：

1、英国首个工业量子安全网络完成测试

2021年4月，英国第一个工业量子安全网络完成测试。一个7公里的网络使用量子密钥分发（QKD）技术在英国国家复合材料中心（NCC）和英国建模与仿真中心（CFMS）之间进行安全数据传输。之后，成功地在英国电信的商业光网络上使用QKD共享远程生成的实时数据。QKD系统平均每周生成0.7到0.8Tbit的安全密钥，连续运行了6个月。

图8 英国量子安全网络测试情况

来源：英国电信

2、英国科学家成功演示首次基于量子安全的四方电话会议

2021年6月由英国国家量子技术计划（NQTP）资助的量子通信中心团队展示了一个涉及四方的量子安全会议电话。这是量子安全通信领域的一大进展，为未来具有固有的不可破解安全措施的会议电话打下基础。研究人员利用量子物理的多体量子纠缠特性，通过一种称为量子会议密钥协商（QCKA）的过程，在四方之间同时共享密钥，克服了传统QKD系统只能在两个用户之间共享密钥的局限性，使第一个量子电话会议得以召开。

除了已取得的成就，英国也加快部署量子通信网络，预计将于2023年发射量子卫星。

2021年5月，维珍航空已通过其子公司维珍轨道投资了英国量子加密公司Arqit，并签署了卫星发射合同，计划于2023年从英国的康沃尔郡发射两颗Arqit量子卫星。这将建立在已有的QKD协议的基础上，以扩展Arqit创建骨干网和向全球客户数据中心传输安全密钥的能力。

此外，英国电信和东芝公司宣布，两家公司将建造并试用第一个商用量子安全城域网。

三、美国

1、美国明确提出为加强量子网络战略地位的技术及方案建议。

2021年1月19日，美国国家科学与技术委员会（NSTC）发布《量子网络研究协同路径》报告。该报告在《美国量子网络战略愿景》的基础上，针对联邦机构可以共同采取的行动提出了4条技术建议和3条方案建议，便于加强美国在量子网络利用方面的知识基础和准备。

2、美国将实现量子密钥分发首次应用于地月通信基础设施

2021年6月，总部位于美国、致力于加密量子安全产品服务的CommStar宣布，将整合并运营一个最先进的通信基础设施，用于空间数据的分发。其中，Quantum Xchange将在CommStar架构中提供量子安全加密，端到端保护整个月球网络。其服务合作伙伴提供的融合全球基础设施和综合服务将使商业、民用科学和政府实体能够通过超安全、量子保护的网络创建、存储和传递空间数据。

四、欧盟

1、欧盟研究未来欧洲量子通信网络的设计

2021年6月，欧盟委员会宣布选择了一个由多家公司和研究机构组成的财团，研究未来欧洲量子通信网络EuroQCI（量子通信基础设施）的设计。它将实现欧盟关键基础设施和政府机构之间的超安全通信。这个欧洲财团由空中客车公司领导，其成员主要来自法国和意大利，EuroQCI将把量子技术和系统集成到地面光纤通信网络中，还包括一个天基部分，确保覆盖整个欧盟和其他大陆。最终，这将使欧洲的加密系统和关键基础设施（诸如政府机构、空中交通管制、医疗设施、银行和电网）免受当前和未来的网络威胁。

五、韩国

1、韩国首次成功开发和展示量子直接通信技术

2021年3月，韩国标准科学研究院（KRISS）和国家安全技术研究院（NSR）通过联合研究，成功地在20公里区间内实施了量子直接通信（Quantum Direct Communication, QDC）。这是韩国首次成功开发和展示量子直接通信技术。

2、韩国第二次开展量子密码通信基础设施试点建设项目

2021年5月，韩国量子密码通信基础设施试点建设项目第二次开展，2021年计划为15个要求较高的机构示范和提供19项服务（公共6个，私营9个），包括公共机构管理和设施安全（大田市政府、大田自来水公司总部、净水业务办公室），以及医疗机构之间的远程合作（首尔顺天乡大学医院，富川）开发和演示。量子密码通信基础设施试点建设项目投资总计290亿韩元（2020年投资150亿韩元，2021年投资140亿韩元），已应用于48个政府部门的下一代国家融合网络（公共管理和安全部）项目。项目还计划出台《量子密码通信示范基础设施建设和运营综合指南》，推动初步市场形成。

3、韩国将建立工业量子保密通信网络

2021年6月，韩国政府宣布韩国将建立工业量子保密通信网络。政府选择了韩国最大的移动通讯运营商SK电讯领导的财团，参与建立和运营量子保密通信试点基础设施的国家项目。该项目旨在确保核电站等关键工业设施中应急通信网络的稳定性，并加强对公共机构的关键数据和个人信息的保护。量子保密通信将保护平和集团的氢汽车零部件技术、启明大学东山医院智能机器人获得的个人信息数据以及物理安全公司ADT Caps保存的安全视频数据。

六、俄罗斯

1、俄罗斯量子通信网络预计在10-15年内全面运行

2021年6月，俄罗斯政府预计在10-15年内，俄罗斯量子通信网络实现商业运营，目前原型系统已经投入使用。俄罗斯国营铁路公司已开通从莫斯科到圣彼得堡之间的首条量子通信干线，全长700公里，是目前欧洲最长的一条。

2、俄罗斯为量子卫星通信项目提供融资

2021年6月2日，俄罗斯天然气工业银行为Qrate量子卫星通信项目提供了600万卢布的融资。此外，Qrate还获得了创新促进基金会2,000 万卢布的资助。该公司计划将收到的资金投资于创建用于接收来自太空的量子信号和高速光通信“卫星对地”的地面设备。

表17 俄罗斯量子通信网络建设进展

来源：ICV

七、印度

1、印度陆军建立了首个量子实验室

2021年12月，印度陆军在印度军事电信工程学院(MCTE)建立了量子实验室，旨在量子关键发展领域进行研究和培训。实验室将重点推动的领域是量子密钥分发、量子通信、量子计算和后量子密码技术研究。

八、其他

1、七国集团将联合开发基于卫星的量子保密网络

2021年6月，在G7峰会上，七国（美国、加拿大、英国、法国、德国、意大利、日本）领导人宣布了联合开发基于卫星的量子保密网络，建设联邦量子系统（FQS），FQS将实现盟国之间的互操作性。例如，战斗机和其他军事单位以及指挥和控制中心将能够在主权控制的网络中更安全地共享通信。

图9 全球量子通信关键参与者图谱

来源：ICV

一、科大国盾量子技术股份有限公司

科大国盾量子技术股份有限公司（证券代码：688027）是中国量子信息产业化的开拓者、实践者和引领者。目前主要从事量子保密通信产品的研发、生产、销售及技术服务，并前瞻布局量子计算等领域科研仪器的研发、生产和集成服务。2020年登陆上海证券交易所科创板，成为A股第一家以量子科技为主营业务的上市公司。

目前中国实用化光纤量子保密通信网络中已有数千公里网络使用了国盾量子提供的产品且处于在线运行状态，部分在建的量子保密通信网络如“国家广域量子网一期”的“京哈干线”、合肥城域网等，也均使用了公司产品。

国盾量子将立足量子通信产业链的中游环节，开放基于公司产品体系和解决方案的安全应用接口，打造“平台即服务”，支持下游的应用接入及二次开发，为物联网、大数据、云计算、人工智能以及5G等领域进行“量子安全赋能”，促进产业生态繁荣。

项目推进

2021年，国盾量子首发募集资金建设“高性能超导量子计算原型样机及量子计算云平台项目”和“特种行业量子通信设备科研生产中心项目”。“高性能超导量子计算原型样机及量子计算云平台项目”将形成适用于高性能超导量子计算机的新一代量子调控技术、超导量子计算机整机集成技术等核心技术，为公司进一步拓展量子计算领域科研仪器相关业务奠定基础；“特种行业量子通信设备科研生产中心项目”旨在生产特种行业量子通信设备，满足特定行业应用的同时进一步拓展公司产品产业链，实现国家层面和企业层面的双赢。

产品更新

国盾量子主营的量子保密通信产品主要包括四大门类：量子保密通信网络核心设备（量子密钥分发（QKD）产品、量子卫星小型化地面接收站、信道与密钥组网交换产品等）、量子安全应用产品（固网加密应用产品、移动加密应用产品等）、核心组件（单光子探测器、量子随机数源等），以及量子保密通信网络的管理与控制软件。

国盾量子主要产品被部署在量子保密通信“京沪干线”、“武合干线”等项目，为北京、合肥、济南、上海等地的城域网提供设备和技术保障，服务政务、金融、能源、工业互联网等领域客户，产品与技术得到了充分验证。在一些“卡脖子”的关键元器件、核心零部件上打破国际垄断，通过芯片集成、经典-量子共纤传输等技术创新不断降低硬件终端网络建设运维成本、提高部署便利性。

国盾量子QKD设备经历了四次迭代，通过对光源、探测器、随机数等核心器件在技术、工艺上不断攻坚，基于集成技术、芯片技术，QKD设备体积实现从4U下降到1U，兼容性和稳定性也进一步增强。2021年4月，公司小型化偏振编码QKD产品获得国家密码管理局商用密码检测中心检测通过，成为中国首款取得该检测报告的同类产品。

国盾量子不断拓展量子保密通信技术的应用，已为中国电信集团的“量子安全通话业务”等提供相关技术支持，该业务已经在安徽等省份试商用推广。同时，公司还与科大讯飞签署战略合作协议共同推出“量子加密智能办公本”，探索量子技术与人工智能融合，保护用户信息。

国盾量子还推出了光量子芯片，该产品采用工业级硅基集成技术，高集成，低功耗，支持诱骗态QKD-BB84协议，集成功能丰富，外围扩展性强，性能优越，有望推动量子信息技术的应用普及。

图10 光量子芯片

来源：国盾量子

专利

2021年8月，国盾量子的发明专利《一种量子密钥中继的方法、量子终端节点及系统》（ZL 201511005684.5）获得安徽省专利奖金奖。专利涉及实用化量子通信网络的密钥中继关键技术。截至2021年6月30日，国盾量子拥有专利261项，多项核心专利获得安徽省专利金奖、中国专利优秀奖。根据德温特国际权威专利数据库数据显示，截至2021年底，国盾量子在量子通信相关领域公开的同族专利数量排名全球首位。

标准制定

国盾量子积极参与多项国际、国家及行业标准的研制工作。2021年10月，国盾量子参与制定的两项国家标准《诱骗态BB84量子密钥分配产品技术规范》、《诱骗态BB84量子密钥分配产品检测规范》发布实施公告。目前国盾量子正牵头或参与多项国际、国家及行业标准的制定，包括牵头国际标准及预研7项、国家标准1项、中国通信行业标准及预研5项；参与国际标准及预研13项、中国通信行业标准及预研12项、中国密码行业标准及预研3项。

未来，国盾量子将继续推动“星地一体”量子网络建设，继续布局量子计算、量子测量领域，多方面融合发展，推动打造“量子互联网”。

二、ID Quantique

2021年3月，IDQ宣布与韩国专门从事虚拟专用网络（VPN）的网络安全解决方案公司XN Systems建立合作关系，开发、演示和商业化量子VPN技术，为客户提供更高级别的安全性。XN Systems基于标准化的ETSI接口与IDQ的量子密钥分发（QKD）平台相结合，构建量子安全IPSec VPN解决方案。该联合解决方案旨在增强当今和未来量子时代中数据的安全性。

2021年10月，IDQ在推出其第4代量子密钥分发系统Cerberis XG后，又发布了该系列产品的第二款Cerberis XGR，这是一个开放的平台，旨在为想要测试技术、运行QKD试验或建立量子实验室的学术界、研究机构和技术评估实验室提供多功能的研究工具。IDQ还提供按需服务，如定制培训、产品定制或量子安全风险评估，以满足用户需求。

三、安徽问天量子科技股份有限公司

问天量子是中国首批从事量子信息技术产业化的高新技术企业，同时也是密标委指定的量子密码标准制订工作组牵头单位。公司起源于中科院量子信息重点实验室，建设有合肥、芜湖两大研发中心以及省级量子安全工程技术研究中心、院士工作站等量子信息研发平台，可提供完全可控的量子信息安全系统整体解决方案，处于国际领先地位。

战略合作

2021年4月，问天量子全资子公司合肥量芯科技公司与合肥汇联电子有限公司签署战略合作协议，共同开拓量子教学产品的应用市场，致力于教育、产业、科研院所等多个领域的深度战略合作。

产品更新

2021年8月，问天量子发布量子密码通信应用设备，包括：WT-QEGW100-S量子网络密码机、WT-Q CCS 100量子云控系统、WT-QSU量子安全U盘、WT-QSW系列量子安全交换机。

标准研制

2021年10月，问天量子参与制定的两项国家标准《诱骗态BB84量子密钥分配产品技术规范》、《诱骗态BB84量子密钥分配产品检测规范》发布实施公告。

四、KETS Quantum Security

2021年11月，KETS Quantum Security宣布参与1210万美元“未来量子数据中心”项目。KETS将与英国电信合作，开展量子随机数生成、量子密钥分发和后量子密码学等方面的研究，将解决方案部署到城域网和数据中心，为现代数据中心开发量子安全通信解决方案。

五、南京易科腾信息技术有限公司

南京易科腾信息技术有限公司是一家专注于量子保密通信相关产品研发、生产及销售的高科技企业。业务范围涵盖量子安全商用密码、量子安全信创网络、量子安全移动应用、量子安全SD-WAN。

公司致力于融合量子通信和现代密码技术，通过将量子密码技术与云、管、端、物等紧密结合，为行业赋能，实现“量子安全+”产业化应用。公司研发以量子安全和信创为特色的网络、密码、SD-WAN和应用产品，形成了多样化的综合解决方案，可为行业组织和个人用户提供量子安全服务。

表18 易科腾公司核心产品

来源：ICV

六、Quantum Xchange

公司发布了旗舰产品Phio TX-D。新的边缘设备利用旗舰产品Phio TX中的量子安全带外密钥传递技术，旨在为小范围区域提供量子安全虚拟专用网络（VPN）和专用网络加密。

Phio TX-D加入到Phio系列解决方案中，使Quantum Xchange能够满足从家庭或小型办公室到企业、云或其任何组合的所有部署需求。

根据Quantum Xchange相关报告，Phio-TX是一个适用于各个时代的密钥分发系统，也是唯一一个支持来自任何来源的量子密钥的系统——基于数学和物理，即后量子密码（PQC）算法、量子随机数生成（QRNG）密钥、量子密钥分发（QKD）或组合，并通过任何网络介质以一点对多点的方式提供。

七、国开启科量子技术(北京)有限公司

2021年11月，启科量子研发的量子随机数发生器QRNG-G1通过了中国信通院的权威检测，获得了信通院颁发的《检测报告》，QRNG-G1的量子熵源采用脉冲形式的相位涨落方案，是中国首款通过信通院检测的该方案产品。

八、Terra Quantum

2021年2月，Terra Quantum宣布开发了一种新的使用量子密钥分发的加密协议。基于该技术，2021年5月，Terra Quantum开发了一种通过光纤电缆安全传输数据的新方法，传输距离达4万公里。该技术突破可为更多政府和金融机构在全球建立量子密钥分发网络铺平道路，超越英国目前使用的小规模网络。

九、Arqit

2021年5月，Arqit宣布将与欧洲航天局开展合作项目QKDSat（量子密钥分发卫星）。

2021年8月，Arqit向商业客户发布了QuantumCloud 1.0，用以解决政府和行业可能面临的传统加密风险，并提供一个针对潜在量子攻击的“防火墙”。随后，Arqit和巴布科克签署合作协议，在政府和国防部门测试和试验Arqit的QuantumCloud应用。

2021年9月，Arqit通过SPAC的方式登陆纳斯达克，计划在2023年发射两颗用于量子密钥分发的卫星，该卫星将使用Arqit的QuantumCloud量子加密技术，此量子加密技术将在用户设备终端生成无数个加密密钥，确保所有联网设备的通信链接免受黑客攻击，包括来自量子计算机的攻击。

十、C-DoT

2021年10月，印度政府电信部秘书长K Rajaraman为国有电信研发机构C-DoT量子通信实验室揭牌，并公布了C-DoT开发的量子密钥分发（QKD）解决方案。目前，C-DoT已成为印度首家提供完整的本土量子安全电信产品和解决方案组合的机构，以全面满足电信运营商以及国防等战略部门的需求。印度政府已承诺在八年内为国家量子技术和应用项目拨款10亿美元。

表19 2021年量子通信/安全领域融资情况

来源：ICV

2021年量子通信公司融资有如下几个特点：

特点一：大多数企业处于早期融资阶段

2021年5月12日，英国量子加密公司Arqit与特殊目的收购公司（SPAC）——Centricus达成最终协议；9月2日，合并后的Arqit以Arqit Quantum Inc.的名义正式在纳斯达克股票市场上市。发行首日，Arqit股价上涨35%，截至2022年1月，公司股价峰值曾达38.06美元/股。

尽管Arqit的上市鼓舞人心，但根据公开数据，量子通信领域的大部分公司仍处于早期融资阶段：量子安全网络的领导者Quantum Xchange完成了1350万美元A轮融资；量子通信研发企业启科量子获得5000万人民币（787.74万美元）的天使轮融资；美国量子网络安全公司QuSecure获得190万美元的种子轮融资；开发量子商用量子随机数发生器（QRNG）的Quantum Dice获得272.44万美元的预种子轮融资；量子网络通信保密建设供应商国科量子更是在年中获得了由红杉资本领投的15亿元人民币（2.36亿美元）的新一轮股权融资。

特点二：量子通信领域融资占比较少

由于量子科技发展仍处于蓝海阶段，根据技术用途可将这些企业划分为量子计算、量子通信和量子精密测量领域。

根据ICV统计的公开披露融资情况，2021年度量子科技公司共完成49笔融资，融资总额达35.05亿美元。其中，量子计算融资事件42笔，融资总额约为26.91亿美元；量子通信融资事件10起，融资总额共7.62亿美元；量子精密测量融资事件3起，融资总额共0.52亿美元。

图11 2021年量子科技三大领域融资额占比情况

来源：ICV

从国别来看，2021年英国的量子通信融资活动较多，发生4起融资事件；其次是中国和美国，分别各发生了2起融资事件。澳大利亚和新加坡分别有1起融资事件。

从融资金额来看，总金额差距较大。英国企业总融资规模达4.76亿美元，主要是由于Arqit借壳上市获得了大量社会资本；中国量子通信公司紧跟其后，获得2.44亿美元资金；美国虽然发生了2起融资事件，但所获资金较少，仅为0.15亿美元，而澳大利亚的Quintessence Labs和新加坡SpeQtral的分别融获了0.18亿美元和0.08亿美元的资金。

图12 2021年量子通信融资情况

来源：ICV

从融资轮次来看，除去SpeQtral、KETS Quantum Security和国科量子未披露具体轮次外，预种子轮、种子轮、天使轮、A轮、B轮、SPAC和PIPE各发生了一起。总体来看，量子通信领域融资轮次分布较为均匀，多集中在融资早期阶段。

图13 2021年量子通信融资轮次情况

来源：ICV

一、中国

目前，中国在量子信息技术在产业化的探索之路上披荆斩棘，特别是在量子通信领域，在国际上率先实现了广域量子保密通信技术路线图，在国际标准化方面也取得了重要的话语权。

2021年，国家工信部批准并正式发布实施中国首批量子通信行业标准《基于BB84协议的量子密钥分发（QKD）用关键器件和模块 》、《量子密钥分发（QKD）系统技术要求》、《量子密钥分发（QKD）系统测试方法》，适用于采用光纤信道传输的基于诱骗态BB84协议的QKD系统。上述标准由中国信息通信研究院牵头、国科量子、国盾量子、问天量子等参与编制，将进一步推动中国量子保密通信产品成熟和产业发展。

2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出，聚焦量子信息等领域重大创新领域组建一批国家实验室，重组国家重点实验室。瞄准量子信息等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。在量子信息等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。加快布局量子计算、量子通信等前沿技术。深化军民科技协同创新，加强量子科技等领域军民统筹发展，推动军地科研设施资源共享，推进军地科研成果双向转化应用和重点产业发展。

2021年10月，中共中央、国务院印发了《国家标准化发展纲要》，为未来15年中国标准化发展设定了目标和蓝图，并提出要“加强关键技术领域标准研究在人工智能、量子信息、生物技术等领域，开展标准化研究”。

中国各地“十四五”规划也相继出台，多达21个省级行政区域将量子科技纳入“十四五”规划，部分地区将量子通信置于重要的发展战略地位。

二、美国

2021年3月，美国众议院提出两项新的量子技术相关法案：《量子网络基础设施法案》和《科学技术量子用户扩展法案》。《量子网络基础设施法案》，要求推进美国以量子为中心的基础设施的发展，包括量子计算、量子测量及量子通信，其总的目标是建立一个大规模的量子网络，2022-2026年每个财年预算1亿美元。《科学技术量子用户扩展法案》旨在“鼓励和促进使用美国量子计算硬件和量子计算云进行研究”，计划5年投入3.4亿美元。

2021年10月，美国政府问责局（Government Accountability Office, GAO）发布《量子计算与通信：现状和前景》（Quantum Computing and Communications: Status and Prospects）的报告，该报告对以下方面进行了技术评估：（1）量子计算和通信技术的可用性及其工作原理；（2）此类技术的潜在未来应用以及其开发和使用的利弊；（3）可能影响技术发展的因素和有助于解决这些因素、提高效益或减少缺点的政策选择。

三、英国

伯明翰大学和英国国家物理实验室（NPL）的英国量子传感器和计时技术中心研究人员牵头的新项目，将在伯明翰大学校园内安装光纤电缆，连接到位于伦敦西南部特丁顿的NPL总部。该项目标志着精密计时光纤电缆网络首次扩展到英国更大的区域。

英国耗资900万英镑成立未来量子数据中心项目。KETS Security简称KETS）是900万英镑的未来量子数据中心项目的一部分，该项目由英国研究与创新局（UKRI）资助。KETS正领导一个合作团队，为现代数据中心开发量子安全的通信解决方案。该项目不仅将针对现代数据中心的内部运作，而且还将对用户如何远程访问数据和计算资源进行批评。这将提供一个面向未来的系统，以防止传统和量子计算攻击。

四、法国

2021年1月，法国宣布启动量子技术国家战略，计划五年内在量子领域投资 18 亿欧元，使法国跻身量子信息领域的 “世界前三”。从资金的用途来看，3.5 亿欧元用于量子仿真系统的开发，4.3 亿欧元投资未来成熟量子计算机的研究，2.5 亿欧元用于传感器开发，1.5 亿欧元用于后量子密码学，3.2 亿欧元投资量子通信，以及在开发量子设备涉及的相关技术方面投资 2.9 亿欧元。

五、德国

2021年3月，德国提出新的量子研究议程《量子技术——联邦政府从基础到市场的框架计划》，该议程展望了未来十年德国在量子系统领域的研究重点和面临的挑战。德国联邦教研部在该议程基础上推出2022年开始的量子系统研究计划。该议程表明，未来德国量子领域的研究重点主要集中在量子计算、量子通信、量子测量技术、量子系统的基础技术，并将为此采取一系列措施。

六、加拿大

2021年7月，加拿大政府宣布将制定国家量子战略并征集意见。根据此前公布的2021年财政预算，加拿大政府将在七年内投资3.6亿加元（约18亿元人民币），以启动国家量子战略。该战略的目标是增强加拿大在量子研究方面的强大实力；发展量子技术、公司和人才；并巩固加拿大在该领域的全球领导地位。加拿大创新、科学和经济发展部（ISED）的秘书处将协调该战略。

七、日本

2021年4月，NICT下设部门量子信息通信协同创作中心发布《量子网络白皮书》，总结了与量子通信相关的国内外趋势、量子网络实现的实际应用场景案例，以及NICT正在努力实现这些目标的研发和路线图以及推广策略。

2021年5月，日本成立量子战略产业革命联盟Q-STAR，成员企业包括东芝、丰田等数十家日本企业。Q-STAR主要解决的问题包括：信息和通信技术（量子计算、量子密码等）、基础技术（材料、设备等）、重要应用领域（量子材料、量子生物/医学、量子生物技术、量子传感器以及量子AI等）、人力资源、制度和规则等。Q-STAR根据这些问题设立了4个小组委员会，分别是：量子波与量子概率论应用小组委员会、量子叠加应用小组委员会、优化和组合问题小组委员会、量子密码和量子通信小组委员会。

八、荷兰

2021年1月，荷兰启动国家量子技术议程（NAQT），共有70多家公司和组织参与其中，旨在加速荷兰在量子技术方面的引领作用。该议程于2019年9月提出，并在去年获得了2350万欧元的政府补贴。通过该项议程，荷兰欲建设一个新的数字高科技产业，能够对GDP的贡献达到20亿至30亿欧元，并拥有3万个高质量的就业岗位。

2021年7月，荷兰宣布将建设一个覆盖中国的量子安全网络。荷兰第一大电信公司KPN计划利用其现有的光纤基础设施建设一个全荷兰的量子安全电信网络。目前，该项目的节点之间的距离为150公里，项目目标是在未来几个月内升级系统，达到250公里。该项目希望将网络扩展到比利时、法国和德国，作为建立高度安全的欧洲网络的第一步。

九、俄罗斯

俄罗斯铁路的量子通信路线图是数字技术联邦项目框架内关于量子技术主题的第二份获批战略文件（第一份为量子计算路线图）。2020年9月，国家垄断企业俄罗斯铁路公司（RZD）制定的《量子通信路线图》通过了俄罗斯联邦政府批准。路线图规划到2024年实施120个项目，特别是在光纤、大气和卫星量子通信技术的开发、商业量子通信网络和相应的特殊设备的创建、开发订户设备，量子物联网的发展，以及国内教育、科学和产业市场和生态系统的形成