中国量子密钥分发技术取得重大突破，Gbps量级安全成码创国际纪录
中国量子密钥分发技术取得重大突破，Gbps量级安全成码创国际纪录
2024年11月，中国信息协会量子信息分会在2024量子科技和产业大会上发布了《量子安全技术蓝皮书》，对量子密钥分发（QKD）技术的最新进展和挑战进行了全面分析。蓝皮书指出，随着量子计算技术的快速发展，传统密码体系正面临前所未有的安全威胁，而量子密钥分发作为实现量子安全的主要技术手段之一，其重要性和紧迫性日益凸显。
量子密钥分发：信息安全的未来之钥
量子密钥分发是一种利用量子力学特性来保证通信安全性的技术。它允许通信双方产生并共享一个随机的安全密钥，用于加密和解密消息，从而确保通信内容不被第三方窃取或篡改。与传统加密技术相比，量子密钥分发具有无条件的安全性，即其安全性不依赖于计算复杂度，而是基于量子力学的基本原理，理论上无法被破解。
技术突破：从理论到实践的跨越
上海交通大学电子信息与电气工程学院曾贵华教授团队在连续变量量子密钥分发（CVQKD）研究中取得重要进展。针对CVQKD高速安全成码问题，研究团队提出了基于高带宽探测与信号采集的被动态制备连续变量量子密钥分发（PSP-CVQKD）方案。
该方案具有以下创新点：
高速零差探测与信号采样：通过使用高带宽光电探测器和高速信号采集系统，实现了等效调制频率达23GHz的高速CVQKD，突破了低探测带宽对安全成码的限制。
综合噪声抑制方法：研究团队开发了针对高速PSP-CVQKD的综合噪声抑制技术，包括被动态制备噪声抑制和偏振泄露噪声抑制。通过ASE光源、高增益放大器和窄带滤波构成等效高效率热源，并采用高隔离度偏振复用技术和偏振监控技术，将系统总体过噪声控制在0.047的安全成码范围内。
热源正则分量内禀随机性编码：利用热源正则分量的内禀真随机性实现连续变量量子密码通信中互不对易相干光场正则分量的高斯随机性编码，避免了传统方案中对高速高斯调制的需求。
实验结果表明，在无限码长条件下，该方案在5.005km标准单模光纤下的安全密钥率达到1.09Gbps，安全传输距离超过10km，首次将量子密钥分发的安全密钥率提升到Gbps级别。
市场前景：从实验室走向产业化
据QYR最新调研数据显示，2024年中国量子密钥分发设备市场销售收入达到了一定规模，预计到2031年将实现显著增长，2025-2031期间年复合增长率（CAGR）达到可观水平。这一增长趋势反映了量子密钥分发技术在实际应用中的巨大潜力。
目前，量子密钥分发技术已在多个关键领域展现出重要应用价值：
金融行业：量子密钥分发为金融交易提供了前所未有的安全保障，特别是在跨境支付、证券交易等对安全性要求极高的场景。
政府部门：政府通信是量子密钥分发技术的重要应用领域，特别是在敏感信息传输和指挥控制系统中。
军事国防：在军事通信中，量子密钥分发可以提供绝对安全的通信保障，防止敌对势力的窃听和干扰。
其他领域：随着技术的不断发展，量子密钥分发的应用正在向云计算、物联网、智能制造等新兴领域延伸，为这些领域提供安全可靠的通信保障。
未来展望：机遇与挑战并存
尽管量子密钥分发技术取得了显著进展，但仍面临一些技术挑战，如量子态的传输距离、密钥生成速率等。这些挑战需要科研人员不断突破和创新，以推动QKD技术的进一步发展。
随着全球信息化程度的不断提高和网络安全需求的不断增加，量子密钥分发市场将迎来巨大的发展机遇。同时，随着技术的不断成熟和成本的降低，量子密钥分发将逐渐走向普及化，为更多领域提供安全可靠的通信保障。
总体来看，量子密钥分发技术正处于从理论研究向实际应用转化的关键阶段。中国在这一领域的持续投入和创新突破，将为全球量子信息技术的发展做出重要贡献，也为我国在新一轮科技革命中抢占先机提供了重要机遇。