济南党政机关量子通信专网

信息安全是目前大众关注的焦点，使用量子技术对信息进行加密是目前最有效的办法。由于日常通信遭遇日益严重的黑客攻击和窃密威胁，“无条件安全”的量子通信日益受到重视。我国首个商用量子通信专网——济南党政机关量子通信专网完成了测试，整套网络预计2017年8月底正式投入使用。

1、概况

中科院量子技术与应用研究中心博士、济南量子科学研究院院长助理周飞参与了整个济南专网的建设。他介绍，通过量子通信，可以实现信息传递的“绝对安全性”——一旦发现窃听或复制信息，可以立刻察觉。量子通信的前景被广泛看好，5年之后，市场规模将达100亿元左右。

济南党政机关量子通信专网（以下简称济南专网）内的所有通信数据，都通过核心机房的专业设备，量子加密后，与周边数百平方公里的近200个终端进行保密通信。专网从5月起完成了50多个项目的测试，所有用户之间的通信实现了每秒产生4000多个密码的绝对保密性。

2、优势

我国量子通信世界领先

因为量子是能量最基本、最小、不可分割的单元。未知量子态无法精确克隆，只要有人试图复制，就会产生误码而被发现，这些特性保证了量子通信在传输过程中有了绝对安全性。

记者了解到，济南专网是继济南量子通信试验网之后，第一个真正商用的量子通信专网。济南量子通信试验网目前是世界上规模最大、功能最全的量子通信城域网。

据中科院量子技术与应用研究中心博士、济南量子科学研究院院长助理周飞介绍，济南专网8月份建成之后，在国防、金融、电力等领域将作为示范进行推广。量子通信技术被认为是“保障未来信息社会通信机密性和隐私的关键技术”，目前我国在这方面处于世界领先水平。

未来，一台台其貌不扬的黑色电话，将出现在济南市多个单位的业务部门。在检察院系统，对一些贪腐案件调查进行信息沟通时，通过量子通信电话可以保证信息安全性，不存在泄露或窃听；一些*部门在政务信息的沟通中，通过它也可以做好机要信息的安全保护。

据介绍，济南专网已完成第一阶段测试，上述场景将不再遥远而神秘。因为在济南数百平方公里内的近30个党政部门，将依靠专网进行保密通信。更深层的意义在于，以保密性和安全性为标签的量子通信，终于迈出了商业化的第一步。

“这并不是容易的一步。”接受采访时周飞坦言，在先后啃下技术、工程化两大“硬骨头”之后，量子通信现在迎来了第三块“硬骨头”——投入巨大的量子通信专网能否告别*给养，在市场中形成可持续的商业模式？

周飞说，“这一切都在探索之中。”

通过假信号判断“是否安全”

“有一口井，大家都想喝到其中甘甜的井水，但不幸的是，这井里混合了一种毒液，必须把毒液蒸馏掉才能尽情饮用健康的井水。那么问题来了：蒸馏掉多少合适呢？”清华大学教授、济南量子技术研究院院长王向斌这个有趣的比喻，指向了量子通信在工程化之前遇到的第一块“硬骨头”——量子通信的技术难题。

自人类使用语言以来，通过密钥给信息加密的技术就伴随着通信需求而不断发展。特别是近几年，中国科学家已经将量子密钥分配技术作为一种不可破解的密钥共享方案，进行了深入研究。周飞向记者表示：“我们现在的量子通信运用单光子的编码传输。绝对的单光子传输足够安全，但现实应用还没有完美的理想单光子源。我们只能用准单光子传输（非理想的单光子），非单光子就是多光子，就有可能受到光子分束的攻击，这种攻击会使得其安全性降低。”

在这里，单光子成分就是研究人员需要的“甘甜的井水”，多光子成分就是“致命的毒液”，该“蒸馏”掉多少“致命的毒液”？科学家们想出了一个好办法：通过“诱骗态方法”来解决准单光子传输的安全问题。

“简单来说，‘诱骗态方法’是在真的信号中掺杂一些假的信号，通过假的信号来判断是否有人在窃听和分析真信号的安全成码率。”在周飞看来，诱骗态量子密钥分发方案的攻关是解决量子通信工程化的最重要难题。得益于中科大潘建伟院士和清华大学王向斌教授的艰苦攻关，到2013年底，大部分量子通信技术方面的问题都已被扫除。

但接下来，在量子通信工程化上的重重关卡并不比技术难度小。

7天24小时无人值守也可

在早期，济南量子通信试验网的很多专业设备所在地没有机房，没有恒温的条件，环境的温度或高或低，但服务器承受度有限，如何从工艺上固化温度，解决设备自我稳定性，是工程师们面临的挑战。

只有圆珠笔截面大小，外表形似玻璃的“铌酸锂波导芯片”是高效探测设备的核心关键器件。周飞举例说，距离遥远的两个城区之间进行单光子传输时，它的光到达时非常微弱。科学家需要用一种特殊的高效探测器，才能探测到这些微弱的光。有了周飞同事们研发的这种关键器件，才能更清晰地“听懂”单光子说了什么。

而“周期极化铌酸锂波导芯片”的研制成功，标志着我国成为世界第三个完全掌握“基于逆向质子交换波导研制技术”的国家；同时，基于此芯片，我国又成功研发了室温下性能最优的通信波段单光子探测器，也是世界上第一台封装成型的商业产品样机。

实际上，从2013年底至济南专网测试完成，周飞等人就一直在解决类似上述工程技术问题，确保整个专网一周7天每天24小时的稳定性，以及无人值守情况下智能化的工作。

“如今，专网设备对环境的容忍性就更大了。”周飞说，“我们的核心不仅仅在于研发，更在于工程化应用。”

3、发展前景

未来5年商业价值百亿

从技术到产品，从研发到应用，济南专网测试的完成，意味着量子通信即将奔向商用领域。

如今，“量子概念”正处在时代的“风口”。在黑客入侵等事件的影响下，“无条件安全”的量子通信日益受到重视。据业内专家估算，量子通信可应用于专网、公众网、云安全等特殊应用领域，未来5年左右，量子通信市场规模预计在100亿左右。

周飞表示，在时代风口、国家政策、资本包围的三重助力下，这些显然都不是问题。作为国内目前少有的超前“黑科技”产业，量子通信正受到国家的大力支持。如“十三五”规划意见稿明确提到：“要坚持有所为有所不为，在航空发动机、量子通信等领域再部署一批体现国家战略意图的重大科技项目”。

事实上，众多资本早已争先恐后“抢滩”量子通信市场。正如中国上市公司研究院研究员洪新星所言，不断加量的行业“催化剂”已经给量子通信板块打了“强心针”，国内外科研机构、*和企业布局踊跃。

因此，周飞如今更相信市场的力量：即使现阶段量子通信尚未真正商业化，但长远看来，量子通信的商业化大潮将势不可挡，“可持续的商业模式一旦形成，大规模应用推广将指日可待。”