专题 | 量子计算与保密通信研究
发布日期：2021-12-16
来源：光电产业网
作者：苏州市光通信产业知识产权运营中心
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自从量子计算成为各大科研机构、大型企业、创业公司竞相追逐，且逐渐升温的前沿领域以来，量子计算与网络安全之间的“矛”与“盾”之争便不断被关注和研究。一方面，我们关心量子计算机到底何时能够到来，并成为我们解决若干关键问题的“杀手锏”；另一方面，我们又不得不关注：量子计算带来的全新的网络安全风险到底有多大，应该如何做好应对准备？
摘 要：当前，我们熟悉的电子计算机性能已经十分强大了，为什么还需要量子计算机呢？过去传统计算机运算能力的飞速发展，离不开“摩尔定律”的作用，而随着计算机中的晶体管已经小到极限（原子级别）并且当前对电磁规律的掌控也已经几乎到了极限，这也代表了基于晶体管的电子计算机的能力遭遇了瓶颈。如果说电子计算机的算力是“汽油”级别的话，那么量子计算机的算力就是“核能”级别的。这两种算力根本不是一个级别，解决问题的能力也不再是简单地在原来的基础上画一条延长线。
5.4 密码界未雨绸缪，网络空间安全基石必将发生根本性改变原文点读：
https://mp.weixin.qq.com/s/5tQkw2h-98ZMdF0Kc2dZsw摘 要：有关量子保密通信在普通大众中引发如此巨大的争议和冲突，令人颇感意外，分析事件背后的深层次原因，可以发现实质上是正反两方面观点的激烈交锋。力挺量子保密通信者除以中科大领衔的学术团队、广大量子通信从业者外，还有大量用真金白银来投入的股民与机构，抛开量子通信已经事实上被认可为国之利器，代表我国站在世界科技前沿的标杆因素。
1.2 2020年7月，量子通信第一股“国盾量子”上市首日涨幅超1000%1.4 “量子通信工程走下神坛”的公众号文章引起大量关注原文点读：
摘 要：自从量子计算成为各大科研机构、大型企业、创业公司竞相追逐，且逐渐升温的前沿领域以来，量子计算与网络安全之间的“矛”与“盾”之争便不断被关注和研究。一方面，我们关心量子计算机到底何时能够到来，并成为我们解决若干关键问题的“杀手锏”；另一方面，我们又不得不关注：量子计算带来的全新的网络安全风险到底有多大，应该如何做好应对准备？
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2.2 量子计算可能彻底颠覆和完全破解数字加密系统原文点读：
摘 要：近年来，量子计算无疑是主要大国和科技强国重点关注的科技领域之一。各方在该领域的布局不断深化，投资额度年年攀升，科研探索和技术创新高度活跃，代表性成果亮点纷呈、前景可期。量子计算未来有望成为推动基础科学、信息通信技术和数字经济产业发展的强大新动能。
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3.2 多条技术路线各有突破
4 应用层面亮点纷呈，生态环境日趋完整
4.1 编程语言迈向通用化原文点读：
摘 要：量子密钥分发结合密码技术可以实现安全的保密通信。因此，针对目前量子密钥分发网络组网方案形式的多样性展开研究分析工作。首先，介绍国内外量子密钥分发网络的发展状况，分析现有网络的组网方案；其次，论述目前量子密钥分发网络的几种主要组网方案，包括基于经典光学器件的组网方案、基于可信中继的组网方案和基于量子中继的组网方案，同时分析了每种方案的优缺点；最后，总结适合主干网络、城域网络和接入网络的量子密钥分发网络组网方案。内容目录：
原文点读：
摘 要：量子保密通信具有很高的军事价值和商业价值，得到各国政府及相关研究机构的广泛关注，已从科学研究逐渐走向规模化应用。量子保密通信产业链逐渐完善，量子密钥分发设备、单光子探测器、量子随机数发生器等成为产业链发展的关键环节，直接关系着规模化的量子保密通信网络部署和应用。介绍了量子保密通信产业化进展和标准化组织与标准进展， 提出了标准体系建设的思路，为我国量子保密通信技术标准化工作提供建议和参考。内容目录：
原文点读：
摘 要：当前，美国一部分决策者、学者和分析人士非常关注量子计算对国家安全的影响。他们认为量子计算的科学进步是一场具有重大国家安全后果的竞赛，也是正在形成的美中对抗的一部分。据称，这场对抗的获胜者将能够以比当前加密技术更高的安全性来保护自己的秘密。本文认为量子计算的优势被高估了，在现代密码的保护下，如何保证秘密信息的长期安全性，使其不受未来量子计算机的攻击，是当前需要关注的主要挑战。
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1.3 主题：量子计算使新的加密比当前的加密更安全原文点读：
摘 要：量子密码学可以说是量子信息科学中发展最快的领域。在这篇综述中，我们对这一领域的最新进展，包括理论和实验两个方面进行了概述和最新的描述。我们首先回顾了基于离散变量系统的量子密钥分配协议。接下来，我们考虑了设备独立性、卫星挑战以及基于连续变量系统的高速率协议。然后，我们将讨论点对点私人通信的极限，以及量子中继器和网络如何克服这些限制。最后，我们将讨论量子密码学在标准量子密钥分配之外的一些应用， 包括量子数据锁定和量子数字签名。内容目录：
原文点读：
摘 要：量子密码学可以说是量子信息科学中发展最快的领域。在这篇综述中，我们对这一领域的最新进展，包括理论和实验两个方面进行了概述和最新的描述。我们首先回顾了基于离散变量系统的量子密钥分配协议。接下来，我们考虑了设备独立性、卫星挑战以及基于连续变量系统的高速率协议。然后，我们将讨论点对点私人通信的极限，以及量子中继器和网络如何克服这些限制。最后，我们将讨论量子密码学在标准量子密钥分配之外的一些应用， 包括量子数据锁定和量子数字签名。内容目录：
原文点读：
摘 要：量子通信是量子论和信息论相结合的新型交叉学科，也是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。量子通信具有高效率、大容量、远距离和近乎绝对安全的特点。量子通信组网方式根据量子密钥分发网络节点的不同实现功能，可以分为基于可信中继转发的网络、基于光交换机的网络以及基于集控站节点的网络。按照网络的覆盖范围划分，可分为量子局域网、量子广域网和全球量子网络。量子通信组网技术标准应优先考虑组网的结构、方式和网络体系结构。
原文点读：
摘 要：量子保密通信与量子网络作为战略性前沿技术，与国家安全和前瞻性技术战略关系密切，具有广泛应用的潜力。简要综述量子保密通信与量子网络的研究进展以及产业基础，分析国际量子科技战略，提出遵循粤港澳大湾区发展创新驱动、改革引领的基本原则，集聚国际创新资源，攻关量子网络的基础科学和若干实用关键技术，规划部署粤港澳大湾区量子干线和制定QKD量子网络评估策略，有助于打造湾区国际量子创新高地及培育具有国际竞争力的量子保密通信与量子计算现代产业体系。
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1 量子保密通信与经典通信网络融合
1.1 高性能QKD保密通信战略性技术目标
1.2 量子与经典通信融合新型量子网络
2 粤港澳大湾区量子科技发展战略
2.1 国际量子科技战略
2.2 粤港澳大湾区量子科技发展机遇
2.3 粤港澳大湾区量子科技发展战略
2.3.1 建设粤港澳大湾区国际量子科技创新中心
2.3.2 培育量子保密通信与量子网络现代产业体系
2.3.3 粤港澳大湾区量子保密通信环网
https://mp.weixin.qq.com/s/fsqIUoOe_D5h5PwziClv1Q
摘要：当前世界正处于新一轮“量子革命”的发端阶段。自执政以来，特朗普政府通过公布战略文件、立法等措施，已逐步完善其量子科技战略。美国的量子科技战略注重强化政府部门与独立机构之间、公私部门之间的机制化合作；关注量子科技人力资源培养，并具有明显的安全目标导向。美国战略界对中国量子科技发展态势的关切是美国量子战略发展的重要推动因素。美国政府的量子科技战略将加剧中美在量子科技领域的竞争，制约两国在量子科技与产业领域的合作空间，并将阻滞中国与其他国家在这一领域的合作进程。2.1 中国的量子科技成就强化了美国进一步发展量子科技的紧迫性2.2 量子科技的两用潜力强化了美国战略界对中国“量子威胁论”的渲染3.3 阻滞中国与相关技术强国在量子科技领域的合作进程原文点读：
摘 要：综述基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发系统的实际安全性研究现状和发展趋势。基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发系统在理论上被证明是无条件安全的，然而实际系统由于器件和信道的非理想特性而存在安全隐患。实际系统不仅受到多种系统过噪声的影响，而且还面临量子信道上各种边信道攻击的威胁。为提高实际系统的安全性，接收端实时散粒噪声测量和接收端本地制备本振光是今后两类重要的安全漏洞防御技术。
原文点读：
摘 要：量子通信是量子论和信息论相结合的新型交叉学科，也是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。量子通信具有高效率、大容量、远距离和近乎绝对安全的特点。量子通信组网方式根据量子密钥分发网络节点的不同实现功能，可以分为基于可信中继转发的网络、基于光交换机的网络以及基于集控站节点的网络。按照网络的覆盖范围划分，可分为量子局域网、量子广域网和全球量子网络。量子通信组网技术标准应优先考虑组网的结构、方式和网络体系结构。
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原文点读：
摘 要：HB+协议是一种基于LPN（Learning Parity with Noise）问题的安全认证协议。由于LPN问题的非线性和复杂性，该协议的安全性能在量子计算机时代远远优于当前的非对称加密协议。基于以上特点，设计了一个以HB+协议为核心的新型安全认证系统，采用密钥型物理非克隆函数引入随机噪声，并采用Toeplitz矩阵进行加密。仿真与实验结果表明，提出的基于HB+协议的认证系统在硬件实现上既简单又安全可靠。原文点读：
摘 要：2018年12月4日，美国国家科学、工程与医学院发布题为《量子计算：发展与前景》的研究报告，阐释了量子计算的运行模式、量子计算的算法与应用、量子计算对密码体系的影响、量子计算的硬件组成、量子计算的软件构成等内容，并在此基础上分析了当前量子计算技术所取得的进步与时代架构，展望了量子计算的未来发展前景。报告指出，量子计算发展至今，已引发人们极大的研究兴趣，也展现出一定的商业价值，但其将来的发展速度、方向和实际应用还有待观察；量子计算将给当前的密码体系带来冲击，需要人们提前做好相应的设计与部署准备。
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原文点读：
摘 要：量子保密通信是利用量子力学基本原理和"一次一密"加密体制来实现信息安全传递的一种全新的保密通信方法。量子保密通信技术由于具备无条件安全性，因而具有极高的军事价值和商业价值，得到各国政府及相关研究机构的广泛关注，并在近年来取得了突破性进展。本文简述了量子保密通信的基本原理和研究意义；综述了国内外量子保密通信的发展现状和技术水平；同时还进一步分析了量子保密通信技术未来发展趋势并探讨了其重点突破方向，最后对该技术进行展望并提出一些建议。内容目录：
2.2 理论与实验独立发展阶段（1995－2000）2.3 理论与实验融合及应用探索阶段（2000－2010）4.1 高安全、高速、长距离、高稳定的实用化QKD技术原文点读：
摘 要：密码是保障网络安全的核心技术和基础支撑，在维护国家安全、促进经济社会发展、保护人民群众利益中发挥着不可替代的重要作用。云物移大智的蓬勃发展，5G、智慧城市、互联网 + 政务服务的全力推进，离不开用密码技术来保障网络安全、保护数据安全、保证网上诚信，需要密码学与其它学科深入合作，需要密码产业与其它产业的深度融合，需要产学研管用的真诚协作，需要全社会共同传播密码知识与政策、研究密码应用技术、推进密码应用方案。内容目录：
原文点读：
1.3 μm波段InAs/GaAs量子点激光器性能研究
摘 要：利用气态源分子束外延技术在GaAs衬底上生长InAs量子点材料，研制出激射波长为1.3 μm波段由5层量子点组成的3 mm腔长、3 μm脊条宽度的InAs/GaAs量子点激光器。在室温连续波模式下，研究了激光器的输出性能和光谱性能，激光器的阈值电流为91 mA，相应的阈值电流密度为1 011.1 A/cm2，激光输出功率斜效率为115 mW/A，最高输出功率达到30 mW。在温度范围10～50 ℃内，测得激光器的特征温度为40 K。另外，研究了改变注入电流和改变激光器的工作温度条件下的器件激射波长的调谐特性。内容目录：
原文点读：
https://mp.weixin.qq.com/s/f5CGjJ41hTEiLPkm2c99yw
原创 Cismag 信息安全与通信保密杂志社
