量子通信：初识量子城域网
量子通信：初识量子城域网
量子通信作为量子科技的重要应用领域，其发展备受关注。其中，量子城域网作为量子通信技术最能体现其价值的应用之一，已在多个城市实现落地。本文以武汉市量子城域网为例，全面介绍了量子城域网的基本概念、作用、基础拓扑、建设要点及难点等内容，帮助读者直观了解量子通信技术如何为实际业务场景提供安全服务。
1.量子城域网的基本概念
量子城域网本质上是一种可建设覆盖整个城市的量子密钥分发网络，其核心是实现两点之间的量子密钥分发，为相关需求方提供安全的量子密码服务。
2.量子城域网的作用
量子城域网主要用于为上层的应用提供加解密服务功能。其典型应用场景包括：
- 政务数据共享交换平台
- 政务网络安全互访
- 政务移动应用场景
3.量子城域网基础拓扑
量子通信城域网系统逻辑架构可分为三层两面：
- 量子密钥分发层：负责产生、发送和接收量子密钥
- 量子网络调度层：负责密钥的分发管理
- 量子密钥应用层：负责连接用户应用，并通过控制层分发的密钥对数据进行加密
- 管理运维面：包含网络监控、运维支持等
- 安全防护面：从广度和深度方面进行全方位、多层次考虑
4.量子城域网基础建设
量子城域网的建设内容主要包括集控站建设、中继站建设、用户站建设及量子信道建设等内容。
4.1集控站
集控站是量子城域网的核心节点，其建设内容主要包括：
- 设备部署
- 链路连接
- 密钥管理服务系统建设
- 监控与管理
4.2用户站
用户站作为量子城域网的终端节点，主要作用包括：
- 量子密钥分发
- 量子加密通信
- 量子安全接入服务
4.3可信中继站
可信中继站通过可信中继来延长链路传输距离，其原理是节点 A、节点 B 分别与可信中继 C 通过量子密钥分发协商量子密钥 K1、K2，之后节点 A 和节点 B 通过量子密钥加密传输产生共享密钥 K。
4.4裸光纤
裸光纤在量子城域网中负责将量子信号从发送端安全、高效地传输到接收端，需要具有极高的传输带宽和低损耗特性。
5.量子城域网建设要点及难点
建设要点：
- 核心技术与设备研发
- 网络架构设计
- 安全性保障
- 应用场景拓展
建设难点：
- 技术成熟度与标准化
- 节点布局与链路连接
- 安全性与隐私保护
- 成本与投资回报
6.国内量子城域网建设企业
6.1国科量子通信网络有限公司
国科量子由中国科学院控股有限公司联合中国科学技术大学等发起成立，致力于研发、建设和运营基于量子通信技术的星地一体、云网融合、应用牵引、自主可控的设施与业务。
6.2中电信量子科技有限公司
中电信量子由中国电信出资30亿100%控股成立，专注于量子安全通信技术的研发与应用，其代表案例之一是成功参与了合肥量子城域网的建设。
6.3科大国盾量子技术股份有限公司
国盾量子由潘建伟院士等人创办，专注于量子通信技术的研发与应用，2024年3月11日向中电信量子信息科技集团有限公司增发2411.23万股，募集资金19亿元，发行完成后，中电信量子集团将持有国盾量子23.08%股份，成为公司新的控股股东。
7.总结
目前来看，量子城域网建设的技术难点和工程实施难点基本上已经成熟。推广的主要难点还是在于成本，有兴趣的读者可以在政府采购网等渠道关注相关项目。本文主要是原理侧的讨论，主要是让大家对量子密钥分发网络有个初步的直观认识，后面的文章中，我将以此文作为引导文章，逐步输出系列文章讨论量子城域网建设细节，与大家深入探讨更多的工程和技术问题，欢迎大家关注博主。量子城域网建设是一个复杂的系统工程，文中有疏漏的地方还请大家不吝指教，需要更深层次讨论的小伙伴也可以评论或私信与笔者交流。
本文主要参考文献（网络资料以链接形式附在文中，可直接点击跳转，不再赘述）：
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