云时代量子通信技术白皮书_67页_2mb

报告摘要

中国联通云时代量子通信技术白皮书总结

核心内容

本白皮书由中国联通研究院发布，旨在探讨量子通信技术在云时代的机遇与挑战，提出基于现有通信网络的量子加密通信网络架构及应用技术，以期降低量子加密通信建网成本，实现基于量子加密的网络内生安全，推动量子通信技术的产业化和现网应用。

主要观点

量子通信技术的重要性
量子通信技术是21世纪通信与信息领域发展的方向和主流，其在信息通信安全方面具有不可替代的优势。随着量子计算的发展，传统加密算法将面临被破解的风险，量子通信成为应对这一挑战的“刚需”。
量子通信技术分类与现状
- 量子密钥分发 (QKD) 是目前最为实用的量子通信技术，包括 DV-QKD 和 CV-QKD 两种主要协议。
- DV-QKD 以单光子为信息载体，是目前应用最广的协议，如 BB84 协议。
- CV-QKD 利用光场态的正则分量进行信息编码，其在传输距离和成码率方面取得显著进展，例如 2020 年实现了 202.81 km 的传输距离。
量子通信技术的发展阶段
- 第一阶段：上世纪80年代至2000年，属于理论探索与实验研究阶段。
- 第二阶段：2001年至2006年，量子通信技术在理论和实验上取得重大突破，如诱骗态量子密码方案。
- 第三阶段：2006年至2012年，量子通信网络进入建设与试运营阶段。
- 第四阶段：2013年至今，量子通信技术逐步走向实用化和产业化，各国加大投入，形成量子信息研究与应用的生态。
量子通信的行业成熟度
量子通信行业采用技术就绪度 (TRL) 作为衡量指标，目前处于 TRL 7 阶段的早中期，即将进入现实环境应用验证阶段。
国内外典型量子通信工程案例
- 国内：包括“京沪干线”、“合巢芜城际量子通信网”、“量子城域网”等，已建成多个量子通信网络。
- 国外：如意大利、英国、韩国、俄罗斯、日本、欧盟、美国等国家和地区也加快了量子通信网络的建设与研究。
云时代的安全需求
- 5G 网络安全：随着5G网络的广泛应用，其安全性需求显著提升，包括空口安全、设备接入安全等。
- 网络云化安全：云计算的发展使网络面临新的安全挑战，如安全边界模糊、攻击手段升级等。
- 网络内生安全：传统“打补丁式”安全模式无法满足新型网络需求，需要构建具有内生安全基因的网络架构。
云时代量子通信组网
- 量子通信组网需结合现有通信网络，采用 全光底座架构 和 SDN 技术，实现开放融合与灵活组网。
- 星型、环型、链型 是常见的量子通信网络拓扑结构，适用于不同场景。
- 量子通信与经典通信可共光纤传输，需解决信号干扰和噪声问题。
关键技术
- 量子通信网络的开放解耦：通过 YANG 模型语言实现 QKD 与传统网络的开放接口。
- 设备接口标准化：ETSI 和 CCSA ST7 等组织正在推动 QKD 设备接口与协议标准化。
- 路由控制技术：量子路由器需实现对量子信号的动态分发和路由，避免量子信息被窃听。
- 网络保护倒换：需保障密钥服务的稳定性，避免因链路故障导致密钥服务中断。
- 传统光通信设备承载量子通信：通过合纤传输、多芯光纤、硅光集成等技术实现量子信号与传统通信信号的共存与传输。