率先在合肥建成全球最大的量子通信城域网;在西安发布全国首个城域量子安全算力专网;全国首例量子安全OTN精品专线在川试商用;在上海建成首张运营商级的量子城域网……近年来,中国电信频频发力。随着一系列里程碑式的项目落地,中国电信在推动量子科技产业化道路上展现出领跑姿态。
据悉,根据最新规划,预计到今年年底,中国电信将在全国10—15个城市部署量子城域网。
打造量子城域网新基建
“我们的目标是构建全国一体化的量子安全基础设施。”中电信量子高级解决方案经理邢红荣对记者说。
前不久,工信部等十一部门发布《关于推动新型信息基础设施协调发展有关事项的通知》,对新型信息基础设施的形态做出明确定义,其中量子信息与人工智能、区块链一起,被归类于新技术基础设施——基于新技术形成的基础设施形态。目前,合肥量子城域网已入选国家数据局数字中国典型案例(第一批)。
“作为新型信息基础设施,全国性的量子城域网建设肯定是有节奏分步骤的。目前基本思路是,优先在一线城市及省会城市进行网络建设,逐步覆盖二三线城市,最终覆盖全国;其次是量子通信技术还处于商业化初期,发展还需要各地方政府提供政策扶持。在政策倾斜度较高的地区,我们积极把握机遇,抢先开展全面战略布局,致力于打造广覆盖的量子城域网,以此奠定坚实基础,加速推动技术创新与市场拓展。在政策红利相对少的地区,则合理控制建设规模,重点放在形成战略布局上。”邢红荣说。
目前中国电信已率先在上海建成首张运营商级的量子城域网。据了解,上海量子城域网已经完成了一期建设7个节点,实现上海外环内覆盖率100%,可支持不少于100万的用户容量,并已在四个场景实际落地应用。预计到今年年底,中国电信将在全国10—15个城市部署量子城域网。
“其实,量子城域网的核心是实现任意通信节点间的量子密钥分发。”邢红荣向记者解释到,“量子密钥分发技术通过对单光子进行编码来实现信息传递,在通信的双方之间同时产生一支相同的随机数,也就是我们所说的密钥。这份密钥就如同一把精巧的‘钥匙’,能够解锁双方之间传输的所有加密信息。而量子城域网,则扮演了传送带的角色,负责在两点间高效、安全地递送这把至关重要的‘钥匙’。”
量子城域网产生的密钥需要跟场景结合才能发挥到最大值。
例如,将量子密钥分发技术应用在金融领域,可以防止任何窃听和破解尝试,确保资金流转的安全性和交易过程的不可篡改性。
在医疗和研究领域,量子城域网能够保护海量的病人记录和基因组学数据,有效防范黑客攻击和数据泄露风险。
此外,制造业和能源行业等领域的企业,依托量子城域网建立安全可靠的数据链路,实现了设备状态监测、生产调度优化等功能,抵御了潜在的网络威胁,保证了工业自动化流程的顺利进行。
量子城域网无论是在保障信息安全、促进科学研究还是在推动工业自动化等方面,都起到了至关重要的作用。随着技术的不断发展和完善,量子城域网将在未来发挥更加重要的作用。
未来畅想:量子通信走进千家万户
传统的量子通信设备由于体积庞大、部署成本高且操作复杂,往往仅限于特定领域的封闭环境中使用。
随着技术的攻关,设备也一直在更新迭代。“比如说十年前的设备大概有一个1米的机柜那么高。如今最小的设备已经更新到只有4厘米了。”邢红荣说。
但是对于飞入平常百姓家,目前设备更新的体积还远远不够。邢红荣提到,目前业界已形成基本共识,“将设备以模块化的方式进行持续高集成化演进,不仅可以大幅缩小尺寸、减轻重量,更重要的是极大地提升了其实用性和经济性。”这意味着量子安全不再仅仅是少数人的专属,而是有可能被整合进我们日常生活中的每一个角落——从家庭路由器、办公网关到数据中心服务器,甚至是个人手持设备。
尽管量子通信模块化带来诸多利好,但如何确保其与现有网络架构、操作系统以及各类硬件设备之间无缝对接,依然是横亘在发展道路上的一大障碍。标准化不足导致的产品互不相容现象,不仅增加了用户的选择成本,也可能拖慢整个行业的进步节奏。
在追求小型化的同时,如何保持甚至提升量子通信板卡的信号处理能力、传输速率与抗干扰性,是一场对工程技术和材料科学的极限挑战。特别是在高频次、大数据量传输场景下,如何兼顾量子态的脆弱性和实用性,也是科研人员需要攻克的关键课题。
量子通信的本质优势在于其理论上无法被破解的安全性。然而,随着量子计算能力的不断提升,原有的加密算法可能面临失效的风险。因此,建立一套国际认可、与时俱进的量子安全标准体系,对于指导行业规范、保护用户权益至关重要,这也是当前量子通信领域亟待解决的重大议题之一。
推进量子科技国际化标准
10月14日,第55届世界标准日以“美好世界的共同愿景:聚焦可持续发展目标”为祝词,强调了标准在全球技术创新和产业发展的关键作用。
在量子科技的前沿探索中,国际化标准对于推动量子通信技术的发展具有重要意义。目前,国际上已经建立了一系列的量子通信标准,这些标准涵盖了术语定义、技术要求、测试方法、设备的技术规范等多个方面。
然而,要形成完善的标准化体系,还需要持续不断地制定和更新标准。这就需要国家和行业机构的积极参与和支持。例如,中国电信作为国内重要的电信运营商,积极参与行业标准制定,先后参与制定GM/T 0026-2023、GM/T 0025-2023等网关产品行业标准,为具体网关产品的使用、管理及合规性、某些功能项的实施和检测方法、性能测试方法制定明确规范,提升网关产品安全性与合规性,推动技术创新与产业升级,规范市场秩序,提升用户体验与满意度。
伴随量子密钥分发技术(QKD)理论研究和产业化发展快速推进,中国电信积极参与量子密钥分发用关键器件相关标准制定工作,旨在满足我国量子保密通信建设中基础器件和模块需求,助力推动我国量子保密通信技术实用化和产业化发展;量子密钥分发设备安全要求和量子密钥分发网络各级接口技术标准的研制,为QKD网络提供了一定的异厂商互操作能力,引导量子保密通信产业规范化发展。
截至目前,中国电信已牵头制定量子行业国际标准1项、国家行业标准9项,参与制定国家及行业标准24项;申请发明专利152项、申请知识产权163项,获批SIM卡、安全网关、密码机等15项商密证书。
此外,中国电信踊跃跻身标准化组织。中电信量子集团现已成为国际电信联盟(ITU)、全国网络安全标准化技术委员会、全国信息技术标准化技术委员会量子信息标准工作组、全国密码行业标准化技术委员会等成员单位,中国通信标准化协会全权会员,积极引领行业方向,促进行业技术创新与合作,提升国际话语权,积极推进量子科技国际化标准。
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