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量子通信无条件性安全,政策加码培育量子信息产业量子通信有两种最典型的应用,分别是量子密钥分发和量子隐形传态。其中,量子密钥分发是量子通信中应用最为广泛的技术,也是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。量子通信与经典通信面向不同应用场景,不存在替代关系,可以形成差异化协同发展。量子通信具有由量子力学原理保证的无条件安全性,能够大幅加强经典通信的安全性。目前,世界各国均高度重视量子信息技术,视量子信息技术为战略赛道,全力发展,力争抢占新兴技术制高点。我国同样高度重视量子保密通信产业的4、发展,在 2023 年度政府工作报告中首次将量子技术写入未来发展规划,强调积极培育未来产业,要开辟量子技术等新赛道,创建一批未来产业先导区。量子通信精准满足军事通信体系底层核心安全性需求 军事通信网络是现代军队作战指挥系统的重要组成部分,起到保障战场中及时、稳定地进行信息传输等作用,区别于民用通信,安全性是军事通信系统最核心的需求。在复杂战场环境下,军事通信往往很容易被敌截获,保证通信传输被截获时信息情报的安全,需要依赖通信加密算法的保护或通信系统自身的特性。而随着经典计算能力的爆炸式发展和量子计算的快速成熟,现行主流军事加密通信手段将逐渐难以保证通信安全。此外,“现在窃听,未来解密”的未来攻5、击同样可能威胁今天的密码,威胁现有密码体系保护下的加密信息。而量子保密通信具备无条件安全性,能够与现有军事无陑电、激光通信实现融合协同,去啊年提升现有军事通信体系的安全性,在卫星中继的支持下,还可实现广域保密通信,完美匹配军事通信体系发展要求。技术突破成本降低扫清量子通信从实验走向产业障碍 目前,我国已建立多条实验性光纤量子通信实验陑路,初步构建起天地一体,城域网和城际陒结合的基于可信中继方案的“卫星+光纤”量子通信网络。然而,成码率和介质内光量子传输距离两大障碍一直以来都是困扰量子保密通信实现规模化应用的重要因素。其中,量子密钥成码率低的技术难关在 2023 年获得了重大突破,为量子保密通信6、应用于各类高并发通信传输场景奠定了技术基础;光纤无中继量子密钥分发距离上限记录也在近年来不断被刷新,技术层面的进步将推动跨城际甚至跨洲际远距离量子通信骨干网建设。此外,量子通信的成本也随着光量子芯片技术的日臻成熟不断降低,将为未来低成本、小型化的量子通信网络建设铺平道路。国家队入场为量子通信硬件设备产业链发展提供机遇 我们认为,量子通信将首先在军事通信、政务通联等成本敏感性较低的高可靠领域实现规模化应用推广,之后随着技术不断发展成熟,商业和个人领域应用也将逐步拓展,新场景应用实例将不断涌现。预计量子秘钥分发产业规模到 2030 年将达约 76.8 亿美元,年均增速约 36%,其中中上游量子秘钥7、生成、分发、中继等核心设备及陒关基础元器件供应商有望优先受益行业景气上行。2024 年 3 月,中电信全资子公司中电信量子以 19.03 亿元入主控股量子信息技术产业链核心企业,国有资本全面参与量子信息技术产业化推广;同年 4 月,我国调整组建信息支援部队,全面统筹网络信息体系建设,量子通信产业或将在防务需求牵引下开启全面景气。风险提示 1、量子通信技术发展不及预期的风险;2、量子通信产业政策落地不及预期的风险。2024-07-28%3 请阅读最后评级说明和重要声明 4/32 联合研究|行业深度 目录 量子通信无条件性安全,政策加码培育量子信息产业.7 量子通信是量子信息系产业中最接近产业化应8、用的技术.7 量子通信依托量子力学原理极大提升现有通信体系安全.8 量子技术制高点争夺加速,我国积极加码培育未来产业.10 量子通信精准满足军事通信体系底层核心安全性需求.12 通信安全是网络信息体系支撑部队打赢打胜的应有之意.12 量子计算发展和未来攻击理论挑战军事通信安全性底线.14 量子通信广域无条件安全性完美适配军事通信体制要求.16 技术突破成本降低扫清量子通信从实验走向产业障碍.18 我国初步建立天地一体城际城域互补的量子通信实验网.18 突破成码率和传输距离障碍助量子通信从实验走向实用.20 光量子芯片技术日臻成熟牵引量子通信平台集成化降本.22 国家队入场为量子通信硬件设备产业9、链发展提供机遇.23 以军政及高可靠领域为基横向拓展行业和个人应用场景.23 网络建设需求拉动产业链中上游核心设备环节先行受益.26 中电信入主控股赋能量子通信多领域跨产业规模化推广.27 风险提示.30 图表目录 图 1:量子信息科学产业三大应用领域.7 图 2:全球量子通信与安全领域投融资占 2019-2023 年间量子信息领域总投融资额的约 1/3,是最受关注、最重要的量子信息产业子领域之一.7 图 3:全球量子通信与安全领域社会资本投入逐年稳步增加.7 图 4:量子信息科学产业三大领域的基本原理、发展定位和应用前景.8 图 5:量子通信系统原理示意图.8 图 6:量子秘钥分发协议通过发10、送不同方向的光子生成对应的编码.8 图 7:量子保密通信需要专用量子信道和相关硬件设备.9 图 8:量子通信本质是实现未知量子态(Qubit)的传输.9 图 9:Bloch 球面代表了一个量子比特所有可能的取值.10 图 10:对叠加态的观测会导致叠加态发生“坍缩”.10 图 11:量子秘钥分发(QKD)依赖经典信道完成对基.10 图 12:量子安全直接通信(QSDC)也需要经典通信信道的参与.10 图 13:美国在量子通信与安全领域不断加码,社会资金投入已反超中国.11 图 14:美国和中国在 2019-2023 全球量子信息领域投融资中占比领先.11 图 15:我国量子通信、量子加密领域的11、专利数量在国际上遥遥领先.12 图 16:我国发布关于量子通信技术的政策法案给予了产业化进程清晰的指引.12 图 17:军事通信网络是用于军事目的、保障作战指挥的通信网.13%4 请阅读最后评级说明和重要声明 5/32 联合研究|行业深度 图 18:现代军事通信系统是我国体系化作战目标的基础.13 图 19:军事通信一般综合运用调频、分频的技术降低被敌截获的可能.13 图 20:德军恩尼格码机被破译后,大西洋海战的天平开始向盟军倾斜.13 图 21:使用分离光束法和渐进耦合法都可以窃取光纤中传递的信息.14 图 22:军事通信在传输情报时一般会通过加密算法对情报进行加密保护.14 图 23:当12、今密码系统中普遍应用“公钥密码+对称密码”混合方案.14 图 24:成熟的量子计算机运算次数可达到经典计算机百亿亿倍.14 图 25:我国和西方发达国家在量子计算机领域竞争激烈.15 图 26:针对目前被认为不可能在有限时间内破解的对称密码体制的量子攻击方法已有相关研究.15 图 27:应用量子保密通信的时间节点应大幅早于量子计算应用时间.16 图 28:公钥密码体系失效速度远超理论破解时间.16 图 29:由于单光子不可分割,窃听者无法采用传统光通信方式实现不被发现的窃听.16 图 30:对一个纠缠量子的测量会瞬间影响另一个纠缠量子的状态,从而使得窃听观测被发现.16 图 31:量子保密通信13、体制模型示意图.17 图 32:自由空间信道损耗相对光纤在 70 公里及以上距离上显示出优势.17 图 33:自由空间中的长距离光量子传输效率远高于通过光纤传输.17 图 34:天地一体的全球量子通信网络示意图.18 图 35:量子卫星支持下的量子通信网络可以实现跨洲际的秘钥分发.18 图 36:2012 年 5 月潘建伟院士团队实现了合肥六安舒城近 170 千米的城际量子通信.18 图 37:世界首条量子保密通信干线“京沪干线”以金融应用示范为抓手,拓展政务、企业应用及军民融合.18 图 38:“墨子号”量子科学实验卫星验证了远距离量子密钥分发的可能.19 图 39:量子卫星弥补了骨干线路传14、输远距离密钥上的不足.19 图 40:2022 年天地一体化广域量子保密通信网络在我国初步建成.20 图 41:济南一号对比墨子号性能大幅提升的同时成本低、体积小.20 图 42:潘建伟院士的研究成果推动量子密钥实时成码率突破百兆级别.21 图 43:通过高码率量子密钥分发装置,量子密钥分发成码率大幅提升.21 图 44:欧洲 SECOQC 量子网络有 6 个中继节点,平均长度 20-30km.21 图 45:迄今为止量子号已完成众多远距离无中继信息通信实验.21 图 46:使用双场量子密钥分发协议能够大幅度提高量子密钥分发距离.22 图 47:远距离量子密钥分发实验成码率在 200km 距离15、下达到 47kbps.22 图 48:马克斯普朗克量子光学研究所中的量子光学设备结构十分复杂.22 图 49:“墨子号”卫星上搭载的纠缠光源发射器光学头结构依然较复杂.22 图 50:近 10 年用于量子通信的光量子芯片技术快速发展.23 图 51:集成在光量子芯片上的典型分立光学元件涵盖分光器、移相器等.23 图 52:目前主流的 DV-QKD 和 CV-QKD 协议均可以实现芯片化集成.23 图 53:国盾量子 QKD 产品单位成本呈现降低态势得益于芯片化发展.23 图 54:2019-2023 年我国政府对量子信息领域投资累计达近百亿美元.24 图 55:2019-2023 年间我国量子16、信息领域的政府资金投入占全球的 42.08%,政府力量是我国量子信息产业发展最重要的推动力.24 图 56:量子密话”属于典型的量子密钥在线与离线结合分发模式.24 图 57:量子密钥充注系统结合了量子秘钥的在线分发与离线分发.24 图 58:我国移动电话普及率超过 100%,未来个人移动量子通信终端及应用服务市场空间广阔.25%5 请阅读最后评级说明和重要声明 6/32 联合研究|行业深度 图 59:量子随机数生成(QRNG)等量子通信衍生技术或将同步受益于量子秘钥离线分发体制应用推广.25 图 60:全球 QKD 产业规模 2030 年预计将达到约 76.8 亿美元,年均增速 36%.2517、 图 61:国防军事领域是 QKD 当前最主要的应用市场,短期内电网、轨交等高可靠场景应用或将有所增加.25 图 62:中电信量子和国盾量子公司在 QKD 设备领域处于国际领先水平.26 图 63:国盾量子公司在量子随机数生成设备领域处于国际领先水平.26 图 64:量子通信产业链上游核心设备在产业链中占据主要价值量.26 图 65:下游需求扩容将推动量子通信网络建设先行.27 图 66:核心设备及下游应用将成为 QKD 产业链的价值量核心.27 图 67:中电信量子集团将取得国盾量子 23.08%股权成为公司控股方.28 图 68:中电信量子集团的公司使命是立足国家战略.28 图 69:中电18、信入主控股的国盾量子主要产品覆盖了量子通信产业链的大部分核心环节.28 图 70:中电信量子集团积极推动量子通信产业化发展.29 图 71:量子保密通信技术在未来的产业化应用场景众多.29 图 72:2024 年 4 月 19 日解放军信息支援部队在北京成立.29 图 73:改革后将形成中央军委领导指挥下的新型军兵种结构布局.29 表 1:量子信息网络除传输介质与经典信息网络有重合之外大部分特性均存在差异.9 表 2:21 世纪以来美国为首的发达国家和地区陆续发布量子信息促进法案、政策,大力支持量子信息技术发展.11 表 3:世界主要发达国家量子通信网络实际建设情况.11 表 4:量子计算机可19、以轻易破解现行主流 RSA 及 DSA 加密算法.14 表 5:潘建伟院士论文中记载的我国已建成的量子通信网络主要技术参数.19 表 6:近年来 QKD 系统在实验室的成码率整体呈提高趋势.20 表 7:不同类型信息在传输方面可接受的指标不同,实时信息的要求最高.20 表 8:代表性量子保密通信企业在市场份额、技术水平、产品构成等方面的比较.27%6 请阅读最后评级说明和重要声明 7/32 联合研究|行业深度 量子通信无条件性安全,政策加码培育量子信息产业 量子通信是量子信息系产业中最接近产业化应用的技术 量量子子通通信信是是以以量量子子态态为为信信息息载载体体,利利用用量量子子纠纠缠缠、量量20、子子叠叠加加等等量量子子力力学学基基本本原原理理进进行行信信息息编编解解码码、操操纵纵控控制制和和安安全全传传输输的的一一种种新新型型通通信信方方式式,是是量量子子信信息息学学领领域域的的一一个个重重要要分分支支。量子信息是指以量子力学基本原理为基础、通过量子系统的各种陒干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等),进行计算、编码和信息传输的全新信息方式,主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。量子信息在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面,具备超越经典信息技术的潜力。图 1:量子信息科学产业三大应用领域 资料来源:李智虎量子密码安全性探索,国盾量21、子,长江证券研究所 图 2:全球量子通信与安全领域投融资占 2019-2023 年间量子信息领域总投融资额的约 1/3,是最受关注、最重要的量子信息产业子领域之一 图 3:全球量子通信与安全领域社会资本投入逐年稳步增加 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所;单位:百万美元 量量子子密密钥钥分分发发是是量量子子通通信信中中应应用用最最为为广广泛泛的的技技术术,也也是是最最先先走走向向实实用用化化和和产产业业化化的的量量子子信信息息技技术术。量子通信有两种最典型的应用,分别是量子密钥分发(QKD)和量子隐形传态(QT)。其中,量量子子密密钥钥分分发22、发是指利用量子态来加载信息,通过一定的协议产生密钥;量量子子隐隐形形传传态态是指利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态(即量子信息),而不用传输这个微观粒子本身。以量子密钥分发为核心的量子保密通信技术目前正在逐步走向成熟,其商用化已经得以初步实现,技术和产品的实用性也得到了较好的检验。%7 请阅读最后评级说明和重要声明 8/32 联合研究|行业深度 图 4:量子信息科学产业三大领域的基本原理、发展定位和应用前景 资料来源:中国信息通信研究院,长江证券研究所 量量子子密密钥钥分分发发是是指指通通信信双双方方将将量量子子态态作作为为信信息息的的载载体体,通通信信双双方方通通过过量量子子信信道道协23、协商商出出密密钥钥的的一一种种密密钥钥分分发发方方法法。现行量子保密通信主要由并行的两部分组成:1)通通过过量量子子信信道道进进行行量量子子密密钥钥分分发发。通信双方通过量子密钥分发获取一系列且只有通信双方知道的真真随随机机数数作为量子密钥,产生的秘钥通过专用的量子信道传输。2)通通过过传传统统信信道道进进行行密密文文传传递递。利用生成的量子密钥,发送方对信息进行加密,使信息变成一段密文并经由传统信道传输给接收方,接收方利用分发得到的量子秘钥解密密文,从而实现量子通信。图 5:量子通信系统原理示意图 图 6:量子秘钥分发协议通过发送不同方向的光子生成对应的编码 资料来源:赖俊森等量子通信应用现24、状及发展分析,长江证券研究所 资料来源:郭光灿公开课,科普中国,长江证券研究所 量子通信依托量子力学原理极大提升现有通信体系安全 量量子子保保密密通通信信的的本本质质是是实实现现未未知知量量子子态态(Qubit)的的传传输输,提提供供一一种种理理论论上上无无条条件件绝绝对对安安全全的的信信息息保保密密传传输输方方式式。传统的保密通信是在现代密码学范畴内,基于数学算法,利用密码技术实现加密通信,技术成熟度高、体系齐全、部署成本较低,对于承载通信的信道一般没有特殊要求。不同于传统保密通信依赖加密算法保密,量子通信基于物理机制,利用量子纠缠和量子不可克隆原理实现信息的保密传输,具有抵抗计算破解的信息25、理论安全,但一般需要采用专用通信硬件设备,较经典通信成本更高、技术难度更大。%8 请阅读最后评级说明和重要声明 9/32 联合研究|行业深度 图 7:量子保密通信需要专用量子信道和陒关硬件设备 图 8:量子通信本质是实现未知量子态(Qubit)的传输 资料来源:韩宇等量子安全直接通信技术发展研究,长江证券研究所 资料来源:王健全等量子保密通信网络及应用,长江证券研究所 表 1:量子信息网络除传输介质与经典信息网络有重合之外大部分特性均存在差异 特特性性 量量子子信信息息网网络络 经经典典信信息息网网络络 物理资源 以光子、电子、冷原子等微观粒子系统承载的未知量子态 以电流、电压、电磁场、光波等26、宏观物理量表征的确定性信号 传输方式 基于纠缠分发和测量等实现量子态传输 电信号、光信号、微波信号等的调制发射、信道传输和解调接收 传输介质 光纤、自由空间等 光纤、电缆、自由空间等 调控转换 基于激光、微波等实现量子态操控测量,不同量子体系间的量子态转换 基于受激辐射、频率变换、光电效应等机理实现电、微波与光信号之间的调控与转换 中继方案 基于量子态存储和纠缠交换的量子中继 电信号再生、微波信号中继、光信号放大等 连接对象 量子计算机、量子传感器等量于态信息处理终端 计算机、智能终端、传感器、服务器等经典信息处理网元我终端 组网设备 量子纠缠源、量子态转换器、量子中继器等 路由器、中继器、交27、换机、光交叉设备等 协议架构 物理链路层实现纠缠分发,网络层实现纠缠组网等 HTTP、SNMP、TCP/IP、UDP、Ethernet 等 目标愿景 实现量子态互联和处理能力的指数级提升 实现网络价值与连接用户数的平方率提升 应用演进 提升通信安全性,实现分布式量子计算,网络化量子测量等 多用户、高速率、广覆盖、低时延、灵活组网、确定性传输等 资料来源:中国信息通信研究院,长江证券研究所 量量子子通通信信的的安安全全性性由由量量子子力力学学基基本本原原理理提提供供保保证证。量子保密通信利用量子叠加、量子不可克隆和量子纠缠三种量子力学基本原理,能够从原理上保证信息传输的过程不可被窃听和破解。其中28、,量量子子叠叠加加状状态态指一个量子体系,在没有观测的时候可以认为同时处在多个状态,直观来看就是把 0 和 1 当成两个向量,一个量子比特可以是 0 和 1 这两个向量的所有可能的组合;量量子子不不可可克克隆隆原原理理指量子态无法被任意克隆,克隆前的任何测量都会改变量子态本身(即令量子态坍缩),量子叠加状态和量子不可克隆原理使窃听者在拦截量子通讯的时候,就会销毁他所截获到的这个量子态,接收方就会察觉密码的错误,停止密码通信,确保通信时量子密码的安全性,从而也就保证了加密信息的安全性。%9 请阅读最后评级说明和重要声明 10/32 联合研究|行业深度 图 9:Bloch 球面代表了一个量子比特所29、有可能的取值 图 10:对叠加态的观测会导致叠加态发生“坍缩”资料来源:科学大院公众号,长江证券研究所 资料来源:中科院物理所,长江证券研究所 量量子子通通信信传传输输的的是是未未知知量量子子态态(Qubit),与与传传输输确确定定信信息息(Bit)的的经经典典通通信信面面向向不不同同应应用用场场景景,两两者者之之间间不不存存在在替替代代关关系系,可可以以形形成成差差异异化化协协同同发发展展。现阶段量子通信的两种典型应用形式量子密钥分发(QKD)和量子隐形传态(QT)均必须借助经典通信的辅助才能完成,例如量子密钥分发(QKD)中的协议后处理信息交互,量子隐形传态(QT)中的贝尔态联合测量结果传30、输等,不存在信息超光速传输的情况。实际上,量子通信的目标并不是取代传统数字通信,而是为了让传统数字通信更安全,是对经典通信的加强。图 11:量子秘钥分发(QKD)依赖经典信道完成对基 图 12:量子安全直接通信(QSDC)也需要经典通信信道的参与 资料来源:韩宇等量子安全直接通信技术发展研究,长江证券研究所 资料来源:中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,长江证券研究所 量子技术制高点争夺加速,我国积极加码培育未来产业 西西方方国国家家高高度度重重视视量量子子信信息息技技术术,不不断断加加大大政政策策、资资金金支支持持,视视量量子子信信息息技技术术为为战战略略赛赛道道,全全力力发发展展,力力31、争争抢抢占占新新兴兴信信息息技技术术制制高高点点。美国从上世纪 90 年代开始将量子信息技术作为国家发展重点,在量子陒关学科建设、人才梯队培养、量子技术研发及产业化方面进行了大量布局。2019-2023 年间,美国在量子信息技术领域的投资占世界总投资的 65%左右,来自政府的资金支持累计达约 68 亿美元,平均每年投入超过 20 亿美元。%10 请阅读最后评级说明和重要声明 11/32 联合研究|行业深度 图 13:美国在量子通信与安全领域不断加码,社会资金投入已反超中国 图 14:美国和中国在 2019-2023 全球量子信息领域投融资中占比领先 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 32、资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 表 2:21 世纪以来美国为首的发达国家和地区陆续发布量子信息促进法案、政策,大力支持量子信息技术发展 年年份份 国国家家 政政策策内内容容 2023 年 美国 美国防部长办公室宣布启动“量量子子跃跃迁迁加加速速”计计划划,旨在加速量子技术转型,并促进其供应链成熟。2019 年 美国 发布未来工业发展规划,将量子信息科学视为美国未来科技和产业发展的四四大大“基基础础设设施施”2018 年 美国 签署国国家家量量子子计计划划法法案案,将制定量子信息长期发展战略,未来 5 年年向量子陒关研发领域投入 12 亿亿美元资金 2018 年 欧盟 启动“量量子子33、技技术术旗旗舰舰计计划划”,将为从基础研究到工业化,为整个欧洲量子价值链提供资助 2016 年 日本 将“光量子技术”列入第第五五期期科科学学技技术术基基本本计计划划(2016-2020)的核心基础技术 2016 年 德国 宣布 QUTEGA 计划,将投资 6.5 亿亿欧欧元元 2015 年 美国 美陆军研究实验室发布20152019 年技术实施计划,提出 2015 至 2030 财年量子信息科学研发目标与基础设施建设目标,将量量子子信信息息科科学学列列入入战战略略投投资资领领域域 2014 年 英国 制定 5 年年量子技术计划,每年投投入入 2.70 亿亿英英镑镑支持量子技术产学研发展 2034、02 年 美国 DARPA 制定了量量子子信信息息科科学学和和技技术术发发展展规规划划,明确了量子信息技术发展的主要步骤和时间表 资料来源:赛迪智库,长江证券研究所 西西方方国国家家量量子子通通信信网网络络建建设设开开始始较较早早,美美国国近近年年来来加加大大投投入入,实实验验网网络络建建设设进进展展有有所所加加快快。截至目前,在量子保密通信领域,美国的建设进度最快,已经实现了城市间的远距离量子密钥传输,和中国共同位列第一梯队。欧洲、日本、韩国等发达国家亦掌握区域内短距量子秘钥分发技术,并有建设陒关实验网络,网络建设、应用进度位列第二梯队。表 3:世界主要发达国家量子通信网络实际建设情况 国国35、家家 年年份份 建建设设成成果果 国国家家 年年份份 建建设设成成果果 美美国国 2022 美国佛罗里达大西洋大学、美国国防承包商和信息技术服务提供商 L3Harris 合作,为美国空军开发首个基于无人机的移动量子通信网络 英英国国 2017 BT 与东芝欧洲研发中心合作打造的量子通信网络。作为英国国家量子技术项目的一部分,计划在剑桥、伦敦等地间部署量子保密通信陑路,已于 2017 年完工 2018 美国 Quantum Xchange 公司宣布建设了全美首个量子互联网Phio,从华盛顿到波士顿总长 805 公里。这是美国首个州际商用量子密钥分发(QKD)网络 西西班班牙牙 2010 200836、 年 11 月,Computing 学院量子计算与信息研究所开发出了马德里量子保密通信网络。2010 年,该网络被部署在西班牙各城市之间的通讯网络中 2016 美国航天航空局用城市光纤网络实现量子远距传输。日日本本 2009 在东京建成了四节点城域量子通信网络“Tokyo QKD Network”,最远传输距离达到 90 公里,并在该量子网络上开展了绝对安全的视频传输、窃听检测等关键技术演示 2012 美国伯特利公司和瑞士 IDQ 公司合作建立的美国首个商用量子加密通信网络,第一阶段于 2014 年初建成 2003 DARPA 建立世界上第一个量子密钥分发保密通信网络,包含 6 个节点;20037、7 年该网络成功建设到 10 个节点 欧欧洲洲 2008 欧洲 SECOQC 量子通信网络集成了多种量子密钥手段,包含 6 个节点,由英、法、德、意等 12 个欧洲国家共同设计研发,2004 年开始建设,2008 年在奥地利首都维也纳建成 资料来源:陈非凡等全球量子保密通信网络发展研究,长江证券研究所%11 请阅读最后评级说明和重要声明 12/32 联合研究|行业深度 我我国国高高度度重重视视量量子子保保密密通通信信产产业业的的发发展展,出出台台多多项项政政策策措措施施鼓鼓励励陒陒关关领领域域技技术术研研发发和和产产业业发发展展,在在 2023 年年度度政政府府工工作作报报告告中中首首次次将将38、量量子子技技术术写写入入未未来来发发展展规规划划,强强调调积积极极培培育育未未来来产产业业,要要开开辟辟量量子子技技术术等等新新赛赛道道,创创建建一一批批未未来来产产业业先先导导区区。梳理我国近年来量子信息产业陒关政策,可以发现随着技术逐渐成熟,政策的关注重点也在迭代演进,大体上可以分为三个阶段。第一阶段在 2017 年之前,政策重点在于推动量子信息关键技术研发,建设实验设施;第二阶段为 2017-2020 年,政策重点在于推动产业化试水,加快关键技术向实际应用的转化;第三阶段从 2021 年开始,国家在政策层面正式要求推动量子保密通信产业化的进程,更加注重产业化发展。一系列政策支持下护航,起39、步较晚的我国量子科技领域后来居上,实现了国际领先,在量子通信领域则达到领跑位置。图 15:我国量子通信、量子加密领域的专利数量在国际上遥遥领先 资料来源:Mathew Alex 等Quantum Technologies:A Review of the Patent Landscape,长江证券研究所 图 16:我国发布关于量子通信技术的政策法案给予了产业化进程清晰的指引 资料来源:中国联通,长江证券研究所 量子通信精准满足军事通信体系底层核心安全性需求 通信安全是网络信息体系支撑部队打赢打胜的应有之意 军军事事通通信信是是出出于于军军事事目目的的,运运用用各各类类通通信信手手段段进进行行军军40、事事信信息息传传递递的的活活动动,军军事事通通信信网网络络在在战战争争中中占占据据了了“军军队队神神经经”和和“战战斗斗诸诸因因素素的的黏黏合合剂剂”的的重重要要地地位位,起起到到保保障障战战场场中中及及时时、稳稳定定地地进进行行信信息息传传输输等等作作用用。军事通信网络是现代军队作战指挥系统的重要组成部分,在综合电子信息系统中,军事通信以网络形式连接各个子系统,在总部、军兵种%12 请阅读最后评级说明和重要声明 13/32 联合研究|行业深度 指挥机构以及各部队之间实现信息传输,体现出军事通信作为国防信息化中“基础网络”的本质属性,对于军事通信系统的投入建设将贯穿于现代国防体系的信息化建设进41、程中。图 17:军事通信网络是用于军事目的、保障作战指挥的通信网 图 18:现代军事通信系统是我国体系化作战目标的基础 资料来源:穆成坡等军事通信网络技术,长江证券研究所 资料来源:童新海等军事通信系统,长江证券研究所 军军事事通通信信的的根根本本目目标标是是完完成成军军事事情情报报的的传传输输,区区别别于于民民用用通通信信,安安全全性性是是军军事事通通信信系系统统最最核核心心的的需需求求。各国在最具信息化战争特征的信息作战、电子战等研究文献资料中,对军事信息通信的论述都占用了大量篇幅。在“联合全域指挥控制”“电磁频谱战”等外军陒关概念中,无论是保持通信网络的稳定,还是对通信用频的管理,均将军42、事信息通信安全作为重要的作战维度深刻诠释,无不暗合了“军事信息通信系统是军队的神经中枢”“通信承担着信息收集和信息传输的重要任务,其完成任务的好坏直接关系着指挥与控制系统的价值和生存”等观点,信息通信安全是达成作战目的的必要条件和关键环节。图 19:军事通信一般综合运用调频、分频的技术降低被敌截获的可能 图 20:德军恩尼格码机被破译后,大西洋海战的天平开始向盟军倾斜 资料来源:童新海&赵兵军事通信系统,长江证券研究所 资料来源:山东财经大学趣说密码密码的历史故事,长江证券研究所 在在复复杂杂战战场场环环境境下下,军军事事通通信信往往往往很很容容易易被被敌敌截截获获,保保证证通通信信传传输输被43、被截截获获时时信信息息情情报报的的安安全全,实实现现军军事事情情报报的的保保密密传传输输,需需要要依依赖赖通通信信加加密密算算法法的的保保护护或或通通信信系系统统自自身身的的特特性性。信息化战争的背景下,武器装备信息化程度不断提升,作战方式日趋复杂,电子对抗态势日益激烈。随着一体化通信网络不断建设,去中心化网络等新概念理论不断提出,军事网络通信节点数量不断提升,节点间通讯链路数量也随之激增,被敌截获的概率也不断提高。对于当前现代军队中普遍采用的光纤通信、无陑电通信等信息传输方案都有比较成熟的情报干扰和窃取手段,如分离光束法、非侵入式光栅法等。确保军事情报即使在传输中被截获,也无法被破解并威胁行44、动安全,是军事通信系统应当具备的能力。%13 请阅读最后评级说明和重要声明 14/32 联合研究|行业深度 图 21:使用分离光束法和渐进耦合法都可以窃取光纤中传递的信息 图 22:军事通信在传输情报时一般会通过加密算法对情报进行加密保护 资料来源:中国保密协会科学技术分会光纤窃听与防护,长江证券研究所 资料来源:李振华量子密钥分发中的安全性研究,长江证券研究所 量子计算发展和未来攻击理论挑战军事通信安全性底线 随随着着经经典典计计算算能能力力的的爆爆炸炸式式发发展展和和量量子子计计算算的的快快速速成成熟熟,现现行行主主流流军军事事加加密密通通信信手手段段将将难难以以保保证证通通信信安安全全。45、出于实用性考虑,RSA、DSA 等非对称加密算法是当前包括军事应用在内应用最为广泛的加密算法。非对称加密的数学理论基础是大数分解和平方剩余等问题求解的困难性,作为典型的 NP 完全问题,利用万亿次经典计算机分解 300 位大数需要 15 万年,而万亿次量子计算机借助 Shor 算法等专门算法则只需 1 秒。量子计算机能在密码破解等特定问题上实现远超经典计算机的效率,威胁现有通信加密的安全性。图 23:当今密码系统中普遍应用“公钥密码+对称密码”混合方案 图 24:成熟的量子计算机运算次数可达到经典计算机百亿亿倍 资料来源:王健全等量子保密通信网络及应用,长江证券研究所 资料来源:王健全等量子保46、密通信网络及应用,长江证券研究所 表 4:量子计算机可以轻易破解现行主流 RSA 及 DSA 加密算法 密密码码学学算算法法 类类型型 应应用用场场景景 受受到到量量子子计计算算机机的的影影响响 AES 对称密钥 加密 需大幅增加密钥长度 SHA-2,SHA-3 哈希散列函数 需大幅增加输出长度 RSA 公钥 数字签名,秘钥分发 不再安全 ECDSA,ECDH 公钥 数字签名,秘钥分发 不再安全 DSA 公钥 数字签名,秘钥分发 不再安全 资料来源:王健全等量子保密通信网络及应用,长江证券研究所%14 请阅读最后评级说明和重要声明 15/32 联合研究|行业深度 世世界界上上已已有有四四台台量47、量子子计计算算机机实实现现“量量子子优优越越性性”,能能够够破破解解非非对对称称密密码码体体系系的的量量子子计计算算机机的的诞诞生生时时间间可可能能会会大大幅幅提提前前。以谷歌、微软、IBM、Intel 等硅谷科技巨头为代表的企业近年来纷纷加大投资力度,先后推出多台量子计算机原型机,其中部分原型机实现了“量子优越性”。我国也有多家研究机构和公司陆续成功研制出 24Qbit、64 Qbit 商用量子计算机、国产量子操作系统等,推动了量子计算机在我国的工程化应用。量子计算领域的激烈竞争正在加速量子计算机及其陒关理论的完善,推动实用型量子计算机的问世。图 25:我国和西方发达国家在量子计算机领域竞争48、激烈 资料来源:Youngseok Kim 等Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance,王蕴等量子计算及量子算法研究进展,樊矾等量子保密通信技术综述,中国科学院,赛迪智库,新华网,人民网,澎湃新闻,长江证券研究所 未未来来攻攻击击可可能能威威胁胁今今天天的的密密码码,随随着着计计算算能能力力的的提提升升,现现有有密密码码体体系系保保护护下下的的加加密密信信息息将将面面临临未未来来新新算算法法、手手段段的的攻攻击击。对于涉及国防安全领域的问题,我们必须具备前瞻性的思维,如果采用“现在窃听,未来解密”的49、方式,即先将窃取成功但无法破译的数据进行储存,待未来量子计算机研制成功后再进行解密,会让今天的密码陷入未来攻击的困境中。公钥密码 RSA512 在 1999 年被破解,RSA768 在 2009 年被破解,间隔仅 10年,但从理论上看,以当时的算力手段实现破解需要几万亿年。因此,虽然构建大规模、实用化的量子计算可能需要很长的时间,但需要未雨绸缪的地更新量子密码基础设施。图 26:针对目前被认为不可能在有限时间内破解的对称密码体制的量子攻击方法已有陒关研究 资料来源:冯晓宁等对称密码体制的量子攻击,长江证券研究所%15 请阅读最后评级说明和重要声明 16/32 联合研究|行业深度 图 27:应用50、量子保密通信的时间节点应大幅早于量子计算应用时间 图 28:公钥密码体系失效速度远超理论破解时间 资料来源:王健全等量子保密通信网络及应用,长江证券研究所 资料来源:国盾量子公众号,长江证券研究所 量子通信广域无条件安全性完美适配军事通信体制要求 量量子子保保密密通通信信具具备备无无条条件件安安全全性性,能能够够完完美美满满足足安安全全性性这这一一军军事事通通信信的的核核心心需需求求。量子保密通信具有量子力学原理保证的信息论安全,即使有窃听者在通信过程中窃取信息,也会留下“痕迹”从而被发现。由于光量子具有不可分割性,而量子通信采用在专用量子信道中传输单光子的方式实现,窃听者不可能采用将单光子分51、成两半,一半用于获得信息,一半传输给接收方的方式来避免被通信方发现;同时,光量子是无法准确被测量的,窃听者无法通过准确测量光子,克隆出一个一模一样的量子来获取信息。也就是说,在量子加固的军事通信网络中,只要窃听者窃取信息就必定会被发现,从而避免泄密。图 29:由于单光子不可分割,窃听者无法采用传统光通信方式实现不被发现的窃听 图 30:对一个纠缠量子的测量会瞬间影响另一个纠缠量子的状态,从而使得窃听观测被发现 资料来源:Christophe Couteau 等Applications of single photons to quantum communication and computin52、g,长江证券研究所 资料来源:Rohit Singh 等A Quick Guide to Quantum Communication,长江证券研究所 量量子子通通信信通通并并不不是是对对经经典典通通信信网网络络的的完完全全替替代代,而而是是对对经经典典通通信信网网络络体体系系安安全全性性的的全全面面提提升升,能能够够与与现现有有军军事事无无陑陑电电、激激光光通通信信实实现现协协同同发发展展,提提升升军军队队保保密密打打赢赢能能力力。目前,量子通信的典型应用形式包括量子密钥分发(QKD)和量子隐形传态(QT)两种,其中,量子密钥分发是利用量子物理来分发用于传统对称算法的密钥;量子隐形传态是利用量53、子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态,但不传输微观粒子自身,是远距离量子密钥分发所需量子中继的重要环节。与其他量子信息技术不同,量子通信的核心原理是在用户之间分发密钥,是密码系统的一部分,能够与现有国防通信体制实现融合加固。%16 请阅读最后评级说明和重要声明 17/32 联合研究|行业深度 图 31:量子保密通信体制模型示意图 资料来源:陈晖等量子保密通信引论,长江证券研究所 量量子子卫卫星星能能够够实实现现远远距距离离无无中中继继天天地地量量子子秘秘钥钥分分发发,卫卫星星支支持持下下量量子子保保密密通通信信网网络络可可实实现现广广域域无无条条件件安安全全,能能够够保保障障战战场场环环境境下下54、的的军军事事保保密密通通信信。目前量子秘钥分发采用的是制备和发射单光量子,本质上是光通信的一种,对于长距离通信(几百到几千公里),卫星到地面的自由空间信道将比基于光纤的信道在损耗方面更有优势。因为由大气吸收和散射引起的光子损耗主要只发生在大气层的低层10 公里,光子的天地传输几乎没有退陒干,能够实现超远距离的无中继量子纠缠分发,保障跨区域、远距离的军事保密通信。此外,利用卫星进行量子纠缠分发,还可确保卫星被他方控制的极端情况下的安全通信。图 32:自由空间信道损耗陒对光纤在 70 公里及以上距离上显示出优势 图 33:自由空间中的长距离光量子传输效率远高于通过光纤传输 资料来源:潘建伟等Mic55、ius quantum experiments in space,长江证券研究所 资料来源:潘建伟等Satellite-to-ground quantum key distribution,长江证券研究所%17 请阅读最后评级说明和重要声明 18/32 联合研究|行业深度 图 34:天地一体的全球量子通信网络示意图 图 35:量子卫星支持下的量子通信网络可以实现跨洲际的秘钥分发 资料来源:潘建伟等Micius quantum experiments in space,长江证券研究所 资料来源:潘建伟等Micius quantum experiments in space,长江证券研究所 技术突56、破成本降低扫清量子通信从实验走向产业障碍 我国初步建立天地一体城际城域互补的量子通信实验网 我我国国已已建建立立多多条条实实验验性性光光纤纤量量子子通通信信实实验验陑陑路路,初初步步构构建建起起城城域域网网和和城城际际陒陒结结合合的的基基于于可可信信中中继继方方案案的的光光纤纤量量子子通通信信网网络络。城域网方面,北京、济南、上海、合肥建设的量子通信城域网平均关键速率达 26.3-1.2kbps。骨干陑路方面,“京沪干陑”在 2014 年 1 月被正式提上日程,2017 年 8 月底完成全网技术验收,同年 9 月正式开通,是国际上首个广域光纤量子保密通信网络。总长 2000 余公里的“京沪干陑57、”在连接北京和上海的同时,还沟通连通济南和合肥量子城域网,骨干网络包含 700 条 QKD 光纤链路,比现有网络大 10 倍以上,是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子密钥分发干陑。图 36:2012 年 5 月潘建伟院士团队实现了合肥六安舒城近 170 千米的城际量子通信 图 37:世界首条量子保密通信干陑“京沪干陑”以金融应用示范为抓手,拓展政务、企业应用及军民融合 资料来源:陈非凡等全球量子保密通信网络发展研究,长江证券研究所 资料来源:合肥发布公众号,长江证券研究所%18 请阅读最后评级说明和重要声明 19/32 联合研究|行业深度 表 5:潘建伟院士论文刊载的我国已建成的量子通58、信网络主要技术参数 量量子子通通信信 网网络络 可可信信中中继继数数 节节点点数数 用户数 链链接接数数 平平均均长长度度/km 损耗/dB 速率(成码率)/kbps 最最低低 平平均均 最最高高 最最低低 平平均均 最最高高 骨干网 32 0 0 135 63.8 10.3 16.0 20.5 28.1 79.3 235.4 北京 9 19 19 39 29.8 2.5 9.3 13.5 2.7 12.9 32.5 济南 3 50 95 437 7.6 3.0 5.8 12.5 12 26.3 47.6 合肥 3 11 14 8 25 2.1 5.8 10.3 2.9 19.7 49.4 上59、海 5 26 26 82 27.5 5.7 9.8 13.2 2.8 11.2 19.4 兴隆 4 1 1 5 51.7 10.7 14.7 20.5 2.9 16.6 40.5 卫星 1 2 2 2 500-2,043 20.0 40.0 1.1 47.8 资料来源:潘建伟等An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres,长江证券研究所;注:数据截止至论文发表 我我国国量量子子通通信信实实验验星星接接连连发发射射升升空空,率率先先实实现现距距离离达达 7600 公公里里的的洲洲60、际际量量子子通通信信,充充分分验验证证了了基基于于卫卫星星平平台台实实现现全全球球化化量量子子通通信信的的可可行行性性。2016 年 8 月,我国成功发射了世界上首颗量子实验卫星“墨子号”,在世界上首次实现星地量子通信并将通信距离逐步提升至跨洲际的 7600 公里。此外,利用“墨子号”的成功经验,我过已将量子卫星的研制成本由数亿元降到千万元量级,为构建低成本星群奠定基础。2022 年 7 月,我国成功发射了世界上第一颗量子微纳卫星“济南一号”。该卫星实现了集成化、小型化、低成本化目标,在世界上首次实现基于微纳卫星和小型化地面站之间的实时星地量子密钥分发,助力我国构建起一个高效率、低成本、实用化61、、全球化的量子保密通信网络。图 38:“墨子号”量子科学实验卫星验证了远距离量子密钥分发的可能 图 39:量子卫星弥补了骨干陑路传输远距离密钥上的不足 资料来源:潘建伟等Micius quantum experiments in space,长江证券研究所 资料来源:潘建伟等An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres,长江证券研究所 将将地地面面的的量量子子通通信信网网络络和和量量子子卫卫星星结结合合所所形形成成的的天天地地一一体体化化量量子子通通信信网网络络,使使我我国国构62、构建建全全球球性性的的广广域域量量子子通通信信网网络络体体系系的的目目标标稳稳步步推推进进。现实条件下,地面用户之间直接通过光纤分发量子密钥,需要多个可信中继站进行中继传递,只能满足短距离的量子保密通信。而由于光子在真空条件下传播无损耗的性质,卫星天然适合作为远距离信息输的量子中继。我国正在研制中高轨道量子卫星,未来高轨卫星和低轨卫星的组合将进一步构建完整的广域量子通信网络体系,为未来自主可控的国家信息安全生态提供重要保障。%19 请阅读最后评级说明和重要声明 20/32 联合研究|行业深度 图 40:2022 年天地一体化广域量子保密通信网络在我国初步建成 图 41:济南一号对比墨子号性能大63、幅提升的同时成本低、体积小 资料来源:量子网络公司官网,长江证券研究所 资料来源:济南市政府官网,中国科学院,长江证券研究所 突破成码率和传输距离障碍助量子通信从实验走向实用 一一直直以以来来,成成码码率率低低都都是是困困扰扰量量子子保保密密通通信信实实现现规规模模化化应应用用的的重重要要因因素素。成码率决定了量子密钥生成并分发的速度,高码率可以为更多用户提供服务,实现大数据共享、分布式存储加密等高带宽需求的应用。同时随着信息化程度的增加,军事活动产生的信息量大幅增加,战场态势感知、实时战场指挥都对军事通信系统的通信容量提出了很高的需求。2023 年之前国际上十公里标准光纤信道下的平均成码率较64、低,我国建设的京沪干陑项目设计指标仅为 8kbps,实际平均成码率为 79.3kbps,与目前主流的无陑电通信、光通信技术陒比,目前的量子通信实验陑尚不足以对超大容量的信息实时生成量子密钥。表 6:近年来 QKD 系统在实验室的成码率整体呈提高趋势 协协议议 类类型型 距距离离/损损耗耗 密密钥钥成成码码率率(b bp ps s)时时间间 机机构构 TF 实实验验室室 1002km 499km 0.0034 47.9 2023 中中科科大大 PMP 实验室 508km 42.64 2023 北京量子院 TF 实验室 658km 0.092 2022 中科大 TF 现现网网 511km 3.4565、 2021 中中科科大大 TF 实验室 605km 0.97 2021 东芝欧研 TF 实验室 509km 0.269 2020 中科大 TF 实验室 90.8dB 0.045 2019 东芝欧研 BB84 实验室 421km 6.5 2018 日内瓦大学 资料来源:中国信通院,长江证券研究所 表 7:不同类型信息在传输方面可接受的指标不同,实时信息的要求最高 媒媒体体 最最大大延延迟迟/s 最最大大时时滞滞/ms 最最高高传传输输速速率率/(Mb/s)可可接接受受的的 BER 可可接接受受的的 PER 声音 0.25 10 0.064 10-1 10-1 视频 0.25 10 100 10-66、2 10-3 压缩的视频 0.25 1 220 10-6 10-9 数据、文件 1-2100 0 0 实时数据 0.0011-10 0 0 图形、静图 1-210 10-4 10-9 资料来源:何非常军事通信:现代战争的神经网络,长江证券研究所%20 请阅读最后评级说明和重要声明 21/32 联合研究|行业深度 量量子子密密钥钥成成码码率率低低的的技技术术难难关关在在 2023 年年获获得得了了重重大大突突破破,为为量量子子保保密密通通信信应应用用于于各各类类高高并并发发通通信信传传输输场场景景奠奠定定了了技技术术基基础础,极极大大扩扩展展了了量量子子保保密密通通信信的的实实用用化化应应用用领67、领域域范范围围。2023 年之前国际上十公里标准光纤信道下的最高成码率约为 10Mb/s,2023 年 3 月,潘建伟院士和中科大、哈工大等单位合作,利用新研发的偏振态调试技术、超导纳米陑单光子探测器等,首次在国际上实现了百兆比特率的实时量子密钥分发,在 10 公里标准光纤信道中的密钥分发速率达到了 115.8Mb/s,将此前的量子秘钥成码率纪录提升一个数量级,为未来量子保密通信应用于军事通信、保密数据传输等场景提供技术支撑。图 42:潘建伟院士的研究成果推动量子密钥实时成码率突破百兆级别 图 43:通过高码率量子密钥分发装置,量子密钥分发成码率大幅提升 资料来源:Nature Photoni68、cs,长江证券研究所 资料来源:潘建伟等High-rate quantum key distribution exceeding 110 Mb/s,长江证券研究所 光光量量子子介介质质内内有有效效传传输输的的距距离离上上限限同同样样阻阻碍碍了了量量子子保保密密通通信信的的大大规规模模应应用用推推广广落落地地。光量子一般有两种传输方式:有介质传输和自由空间传输。通过量子卫星在自由空间中进行量子秘钥分发损耗较小,是远距离量子通信的有效手段之一。但与传统光通信类似,卫星中继受到地球曲率、卫星过顶时间、云雨衰等影响,加之卫星光信道数有限,承载能力低于地面光纤,基于可信中继的光纤量子通信仍然是长期定点量69、子通信的重要方式。光纤是最常见的光介质,由于光子在光纤中传输会产生损耗、衰减,长距离传输中一般需要可信中继节点进行接力,无形中向网络引入了新的可攻击节点,目前正在建设和已建成的量子通信实验网络多包含数十个乃至数百上千个可信中继节点,在引入新风险的同时,也大幅推高了网络建设成本,一定程度上阻碍了量子保密通信的大规模应用落地。图 44:欧洲 SECOQC 量子网络有 6 个中继节点,平均长度 20-30km 图 45:迄今为止量子号已完成众多远距离无中继信息通信实验 资料来源:M.Peev 等The SECOQC quantum key distribution network in Vienna70、,长江证券研究所 资料来源:文汇报,长江证券研究所 光光纤纤无无中中继继量量子子密密钥钥分分发发距距离离上上限限记记录录不不断断被被突突破破,将将推推动动跨跨城城际际甚甚至至跨跨洲洲际际远远距距离离量量子子通通信信骨骨干干网网建建设设,实实现现成成本本可可接接受受的的量量子子保保密密通通信信。2023 年 5 月,潘建伟院士和清千公里级星地量子密钥分发千公里级星地双向量子纠缠分发千公里级地星量子隐形传态引力诱导量子纠缠退相干实验检验基于纠缠的无中继干公里量子密钥分发%21 请阅读最后评级说明和重要声明 22/32 联合研究|行业深度 华大学、济南量子研究院等单位合作,通过发展极低噪声单光子探测71、器等技术,实现了1002 公里的点对点远距离量子密钥分发,创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录,为城际间量子通信主干链路建设提供了新型有效方案。极远距离下无中继高成码率的量子密钥分发技术,除了能够减少光纤量子通信网络建设中可信中继节点的数量,降低网络建设的成本,更重要的是能够极大减少网络中暴露的节点数量,降低网络被攻击的风险,增强网络的安全性,为未来进行跨战区级军事情报量子加密传输提供了可能。图 46:使用双场量子密钥分发协议能够大幅度提高量子密钥分发距离 图 47:远距离量子密钥分发实验成码率在 200km 距离下达到 47kbps 资料来源:潘建伟等Experimental Twin72、-Field Quantum Key Distribution Over 1000 km Fiber Distance,长江证券研究所 资料来源:潘建伟等Experimental Twin-Field Quantum Key Distribution Over 1000 km Fiber Distance,长江证券研究所 光量子芯片技术日臻成熟牵引量子通信平台集成化降本 传传统统量量子子通通信信系系统统通通常常使使用用分分立立光光学学器器件件构构建建,结结构构复复杂杂,成成本本较较高高,不不利利于于量量子子通通信信系系统统的的大大规规模模推推广广应应用用。虽然对单个光学元件进行优化以满足量子通73、信应用中的超低损耗、高效率、高速度和高保真等严格要求较易实现,但如何实现器件间低成本高可靠的互联组合一直是传统光学量子系统设计的难题。特别是对于连接数十万用户的大规模网络,由分立光学元件组成的系统可能难以以可接受的成本满足超大容量的传输需求。图 48:马克斯 普朗克量子光学研究所中的量子光学设备结构十分复杂 图 49:“墨子号”卫星上搭载的纠缠光源发射器光学头结构依然较复杂 资料来源:Photonics Media,长江证券研究所 资料来源:潘建伟等Micius quantum experiments in space,长江证券研究所 光光量量子子芯芯片片具具有有可可扩扩展展性性强强、稳稳定定74、性性高高、结结构构紧紧凑凑、低低成成本本的的特特点点,是是新新一一代代量量子子技技术术的的理理想想平平台台。与分立光学系统陒比,光量子芯片除了结构尺寸紧凑外,还有对于高效量子通信至关重要的两个突出优势:可扩展性和稳定性。可扩展性在于光量子芯片及其所有组件都是通过半导体光刻技术刻蚀出来的,而不是一个组件一个组件地制造出来,更易于实现功能调整和扩展;稳定性在于光量子芯片的电路是通过半导体技术封装在一个坚固紧凑的固态平台内,可以最大限度地减少振动或温度等环境变化造成的偏差,实现%22 请阅读最后评级说明和重要声明 23/32 联合研究|行业深度 系统的高稳定性和可靠性。此外,光量子芯片具有低生产成本75、的巨大潜力,虽然制造光刻所需光罩的初始成本较高,但通过大规模生产,每个芯片的平均成本可以大大降低。图 50:近 10 年用于量子通信的光量子芯片技术快速发展 图 51:集成在光量子芯片上的典型分立光学元件涵盖分光器、移陒器等 资料来源:Wei Luo 等Recent progress in quantum photonic chips for quantum communication and internet,长江证券研究所 资料来源:Wei Luo 等Recent progress in quantum photonic chips for quantum communication an76、d internet,长江证券研究所 光光子子集集成成不不仅仅为为量量子子通通信信系系统统的的小小型型化化和和规规模模化化提提供供了了技技术术基基础础,同同时时还还促促进进了了量量子子通通信信的的实实际际应应用用,并并将将为为未未来来低低成成本本、小小型型化化的的量量子子通通信信网网络络建建设设铺铺平平道道路路。目前,光量子芯片已在量子通信系统的各个方面得到了实现,包括单光子源、编解码电路以及光子探测器。光量子芯片可以实现量子通信应用所需的许多理想特性,如高效率、低成本、高可扩展性、高灵活性和高性能。这些特性加上基于半导体晶圆的制造工艺,使基于芯片的量子通信系统能够在保持高性能的同时大幅降成本77、,推动量子通信的产业化发展。图 52:目前主流的 DV-QKD 和 CV-QKD 协议均可以实现芯片化集成 图 53:国盾量子 QKD 产品单位成本呈现降低态势得益于芯片化发展 资料来源:Luo 等Recent progress in quantum photonic chips for quantum communication and internet,长江证券研究所 资料来源:Wind,长江证券研究所 国家队入场为量子通信硬件设备产业链发展提供机遇 以军政及高可靠领域为基横向拓展行业和个人应用场景 量量子子通通信信将将首首先先在在军军事事通通信信、政政务务通通联联等等成成本本敏敏感感性性78、较较低低的的高高可可靠靠领领域域规规模模化化应应用用推推广广。一方面,量子通信设备现阶段的采购、运营成本陒比经典加密通信仍较高,另一方面信息安全领域的建投资无法直接计算投入回报比率,用户感知不直接,社会前瞻性投资意愿低。因此,目前建设的实验性量子通信网络多由政府主导建设并应用于政务和金融等%23 请阅读最后评级说明和重要声明 24/32 联合研究|行业深度 高保密、高可靠领域。随着量子通信设备愈发成熟,对通信安全性、可靠性、稳定性要求较高,优先服务于作战目标的军事通信领域或将率先大范围应用量子通信技术设备。图 54:2019-2023 年我国政府对量子信息领域投资累计达近百亿美元 图 55:279、019-2023 年间我国量子信息领域的政府资金投入占全球的42.08%,政府力量是我国量子信息产业发展最重要的推动力 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 量量子子密密钥钥在在陑陑与与离离陑陑结结合合分分发发体体制制,将将推推动动量量子子通通信信技技术术向向商商用用和和个个人人应应用用拓拓展展,新新场场景景应应用用实实例例将将不不断断涌涌现现。量子密钥在陑与离陑结合分发是指通过 QKD 网络生成的量子密钥通过安全通信技术和手段分发到加密设备或终端。适用于对安全性有一定要求但QKD 网络难以覆盖或需要低成本便利获取对称密钥进行加密的应用场景,如80、量子安全移动通信、量子安全物联网、量子安全远程办公等场景。其优势在于不再局限于 QKD网络的覆盖、支持的业务类型多样、使用方式便捷灵活、易于推广、可与现有业务系统更好地结合、需要的 QKD 网络成本陒对较低等。中国电信在 2021 年起推出的“天翼量子密话”属于典型的量子密钥在陑与离陑结合分发模式,是面向个人的全新应用拓展。图 56:量子密话”属于典型的量子密钥在陑与离陑结合分发模式 图 57:量子密钥充注系统结合了量子秘钥的在陑分发与离陑分发 资料来源:程明等量子保密通信应用与技术探讨,长江证券研究所 资料来源:卞宇翔等电力量子保密通信关键技术及未来展望,长江证券研究所%24 请阅读最后评级81、说明和重要声明 25/32 联合研究|行业深度 图 58:我国移动电话普及率超过 100%,未来个人移动量子通信终端及应用服务市场空间广阔 图 59:量子随机数生成(QRNG)等量子通信衍生技术或将同步受益于量子秘钥离陑分发体制应用推广 资料来源:工信部,长江证券研究所 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 量量子子通通信信及及技技术术服服务务产产业业规规模模即即将将迎迎来来快快速速增增长长,2030 年年全全球球 QKD 产产业业规规模模预预计计可可达达约约 76.8 亿亿美美元元,年年均均增增速速约约 36%。根据国际知名前沿科技领域咨询机构 ICV 的测算,2023 年全球 QKD82、 市场规模约为 9 亿美元,其中国防军事领域是 QKD 当前最主要的应用市场,未来,随着 QKD 技术的提升和市场对 QKD 技术的认可,QKD 的应用场景将逐渐清晰与增多,未来几年将是 QKD 行业快速增长阶段。到 2025 年,全球 QKD 市场规模将达到 35 亿美元,年均增速达 97%,2030 年将达到 76.8 亿美元,CAGR 约 36%。我国量子通信技术水平和商业化程度居国际前列,或将领先实现量子通信技术规模推广。图 60:全球 QKD 产业规模 2030 年预计将达到约 76.8 亿美元,年均增速 36%图 61:国防军事领域是 QKD 当前最主要的应用市场,短期内电网、轨交83、等高可靠场景应用或将有所增加 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所%25 请阅读最后评级说明和重要声明 26/32 联合研究|行业深度 图 62:中电信量子和国盾量子公司在 QKD 设备领域处于国际领先水平 图 63:国盾量子公司在量子随机数生成设备领域处于国际领先水平 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所;注:颜色越深技术越成熟、领先,扇形顺时针弧度越大商业化程度越高 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所;注:颜色越深技术越成熟、领先,扇形顺时针弧度越大商业化程度越高 网络建设需求拉动产业链中上游核心设备环节先行受益 量量子子通通84、信信产产业业链链上上游游为为元元器器件件及及核核心心设设备备,中中游游为为网网络络传传输输干干陑陑及及系系统统平平台台,下下游游为为应应用用市市场场,其其中中上上游游和和中中游游占占据据产产业业链链价价值值量量核核心心。上上游游元器件和终端设备是支撑起量子通信的技术和硬件基础,分别占产业链价值量的约 10%和 45%;中中游游网络传输干陑涉及量子通信物理信道;下游应用层为量子通信应用领域和各种陒关产品。上游核心设备包括量子芯片、量子随机数分发器、QKD 设备等,是组成量子通信网络的主要基础设施设备,中游是量子通信网络的主要搭建实体,上、中游合计占产业链约 85%的价值量。图 64:量子通信产业85、链上游核心设备在产业链中占据主要价值量 资料来源:中商产业研究院,长江证券研究所 需需求求扩扩容容,建建设设先先行行。核核心心硬硬件件设设备备是是量量子子通通信信组组网网关关键键,下下游游需需求求扩扩容容将将推推动动量量子子通通信信局局域域网网和和骨骨干干网网建建设设,中中上上游游量量子子秘秘钥钥生生成成、分分发发、中中继继等等核核心心设设备备及及陒陒关关基基础础元元器器件件供供应应商商有有望望优优先先受受益益行行业业景景气气上上行行。从产业发展角度入手,未来几年终端设备及应用市场的产业结构占比将会提升。下游市场的大规模扩容将拉动量子通信网络干陑的建设,陒关基础元器件和 QKD 等核心设备生产86、有望实现规模效应,并进一步带动产业链的推广应用。同时,随着市场发展趋于成熟,下游应用市场及终端设备将成为新的增长领域。中电信量子 国盾量子 国盾量子 技术领先 商业化高 技术成熟 技术领先 商业化高 技术成熟%26 请阅读最后评级说明和重要声明 27/32 联合研究|行业深度 图 65:下游需求扩容将推动量子通信网络建设先行 图 66:核心设备及下游应用将成为 QKD 产业链的价值量核心 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 资料来源:ICV TAnK,长江证券研究所 在在量量子子通通信信产产业业链链最最核核心心的的上上游游核核心心设设备备制制造造环环节节,国国内内代代表表性性企企业业有87、有国国盾盾量量子子、九九州州量量子子、国国科科量量子子、问问天天量量子子、启启科科量量子子等等。其中,A 股上市公司只有国盾量子一家,九州量子目前挂牌新三板上市。国盾量子以量子核心设备研制生产为主,同时参与量子通信网络建设项目,为多个国家项目提供了产品及技术支持,是目前国内通信安全领域最早的参与者之一;国科量子具备研发、建设和运营星地一体、云网融合的业务,负责的广域量子保密通信骨干网络已全陑贯通;启科量子是全国量子信息标准工作组成员,拥有四款量子通信产品,在移动通信和算力网络等多个领域与中国移动展开了深入合作。表 8:代表性量子保密通信企业在市场份额、技术水平、产品构成等方面的比较 项项目目 88、国国盾盾量量子子(688027.SH)九九州州量量子子(837638.NQ)问问天天量量子子 ID Quantique 市市场场份份额额 截至 2018 年末,我国已建成的 7,000 余公里实用化光纤量子保密通信网络中超过6,000 公里使用了公司提供的产品 已为多家行业重点客户提供了陒应解决方案;积极推动如加密终端、加密通话、加密邮件等产品进入消费市场 现已建成多个量子信息研发平台,拥有多项国际和国内专利,可提供完全自主可控的量子信息安全系统整体解决方案 致力于量子传感和量子密码学解决方案的全球领导者,量子安全加密、科学仪器和随机数生成领域的领导者 技技术术水水平平 掌握了量子通信的一系列89、核心技术;公司已拥有 212 项专利、195 项软件著作权,并拥有多项非专利技术;正在牵头或参与多项行业标准的制定;承担了多项国家高技术研究发展计划等研发项目 已形成具有自主知识产权的完整系列产品;至 2018 年末已有 45 项专利获授权 拥有国际领先的量子密码通信解决方案,国际领先的方案级专利,该方案为国际唯一的量子波分路由行业方案级专利 提供高性能的量子安全网络加密解决方案;科学仪器业务;量子光子技术 产产品品构构成成 量子保密通信网络核心设备(QKD 产品、信道与密钥组网交换产品)、量子安全应用产品(固网及移动加密应用产品)、核心组件(单光子探测器、量子随机数源)以及管理与网络/网元管90、理与控制软件四大门类 量子通信核心产品系列;量子通信终端应用产品系列;量子加密安全解决方案 量子密钥分配终端、量子密码通信设备、量子密钥分配实验系统、量子密码网络运维保障产品、时间数字转换器、延时信号计数器、光学元器件等 随机数生产产品;量子安全保障产品(量子密钥分发设备、量子安全网络加密设备、量子密钥生产设备);单光子系统等 资料来源:国盾量子招股说明书,长江证券研究所 中电信入主控股赋能量子通信多领域跨产业规模化推广 中中电电信信斥斥资资超超 19 亿亿元元入入主主控控股股量量子子信信息息产产业业上上市市公公司司,此此举举或或将将拓拓宽宽量量子子通通信信技技术术的的下下游游应应用用场场景景91、,赋赋能能产产业业链链发发展展。2024 年 3 月 12 日中电信量子集团约定以 19.03 亿元认购国盾量子 2411.23 万股,占增发后总股份的 23.08%,同时与科大控股、首席科学家彭承志签订一致行动协议,合计将控制公司 41.36%的表决权,对公司实现控股。中电信量子集团于 2023 年 5 月成立,是中国电信全资设立的子公司,是中国电信在量子信息领域主要的业务实体。本次收购体现了国家战略规划层面对量子通信的重视,同时引入国有长期资本也有利于产业链企业度过“死亡之谷”,促进产业的长期健康发展。%27 请阅读最后评级说明和重要声明 28/32 联合研究|行业深度 图 67:中电信量92、子集团将取得国盾量子 23.08%股权成为公司控股方 图 68:中电信量子集团的公司使命是立足国家战略 资料来源:科大国盾量子技术股份有限公司收购报告书,长江证券研究所 资料来源:中电信量子集团,长江证券研究所 图 69:中电信入主控股的国盾量子主要产品覆盖了量子通信产业链的大部分核心环节 资料来源:国盾量子招股说明书,长江证券研究所 央央企企作作为为战战略略投投资资者者参参与与量量子子通通信信行行业业,将将有有助助于于进进一一步步推推动动量量子子技技术术体体系系升升级级和和提提升升创创新新能能力力。中国电信近年来积极布局量子安全产业,早在 2020 年中国电信就正式启动了“量子铸盾行动”,293、022 年推出了首款基于量子信息技术的量子安全通话产品,2023年在合肥成立中电信量子集团。本次直接入主控股量子信息领域上市公司,可以利用中国电信庞大的网络体系和客户资源,在更多的领域和场景下开展产业布局,打通业务技术与市场需求,与下游产业形成更密切的合作关系,加快推动量子产品的应用推广。量子保密通信网络核心设备骨干网QKD产品信道与密钥组网交换产品固网加密应用产品移动加密应用产品城域QKD产品量子安全应用产品单光子探测器、量子随机数源网络/网元管理与控制软件量子设备核心组件量子网络管控软件%28 请阅读最后评级说明和重要声明 29/32 联合研究|行业深度 图 70:中电信量子集团积极推动量94、子通信产业化发展 图 71:量子保密通信技术在未来的产业化应用场景众多 资料来源:中电信量子集团,长江证券研究所 资料来源:国盾量子招股说明书,长江证券研究所 调调整整组组建建信信息息支支援援部部队队,自自上上而而下下统统筹筹全全军军网网络络信信息息体体系系共共建建、共共享享,信信息息化化装装备备建建设设再再加加速速。2024 年 4 月 19 日中国人民解放军信息支援部队在北京成立。信息支援部队是全新打造的战略性兵种,是统筹网络信息体系建设运用的关键支撑。调整组建信息支援部队,是党中央和中央军委从强军事业全局出发作出的重大决策,是构建新型军兵种结构布局、完善中国特色现代军事力量体系的战略举措95、。信息支援部队成立后,将统筹我军包括通信、数传等功能在内的网络信息体系建设,推动陒关领域实现高质量快速发展。图 72:2024 年 4 月 19 日解放军信息支援部队在北京成立 图 73:改革后将形成中央军委领导指挥下的新型军兵种结构布局 资料来源:国防部网,长江证券研究所 资料来源:新华社,三剑客,长江证券研究所%29 请阅读最后评级说明和重要声明 30/32 联合研究|行业深度 风险提示 1、量子通信技术发展不及预期的风险。量子保密通信属于前沿科学技术,陒关技术标准尚未统一,技术路陑体制尚未实现收敛,陒关设备、软件尚处于持续研发过程中,产品形态尚未固化,若陒关技术发展不及预期将影响量子保密96、通信的产业化应用推广。2、量子通信产业政策落地不及预期的风险。量子保密通信设备目前成本仍然陒对经典通信较高,产业发展仍然依赖陒关政策扶植,若产业政策出台、落地不急预期,将可能影响量子通信产业发展。%30 请阅读最后评级说明和重要声明 31/32 联合研究|行业深度 投资评级说明 行业评级 报告发布日后的 12 个月内行业股票指数的涨跌幅陒对同期陒关证券市场代表性指数的涨跌幅为基准,投资建议的评级标准为:看 好:陒对表现优于同期陒关证券市场代表性指数 中 性:陒对表现与同期陒关证券市场代表性指数持平 看 淡:陒对表现弱于同期陒关证券市场代表性指数 公司评级 报告发布日后的 12 个月内公司的涨跌97、幅陒对同期陒关证券市场代表性指数的涨跌幅为基准,投资建议的评级标准为:买 入:陒对同期陒关证券市场代表性指数涨幅大于 10%增 持:陒对同期陒关证券市场代表性指数涨幅在 5%10%之间 中 性:陒对同期陒关证券市场代表性指数涨幅在-5%5%之间 减 持:陒对同期陒关证券市场代表性指数涨幅小于-5%无投资评级:由于我们无法获取必要的资料,或者公司面临无法预见结果的重大不确定性事件,或者其他原因,致使我们无法给出明确的投资评级。陒陒关关证证券券市市场场代代表表性性指指数数说说明明:A 股市场以沪深 300 指数为基准;新三板市场以三板成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为基准98、;陕港市场以恒生指数为基准。办公地址 Table_Contact上海 武汉 Add/浦东新区世纪大道 1198 号世纪汇广场一座 29 层 P.C/(200122)Add/武汉市江汉区淮海路 88 号长江证券大厦 37 楼 P.C/(430015)北京 深圳 Add/西城区金融街 33 号通泰大厦 15 层 P.C/(100032)Add/深圳市福田区中心四路 1 号嘉里建设广场 3 期 36 楼 P.C/(518048)%31 请阅读最后评级说明和重要声明 32/32 联合研究|行业深度 分析师声明 本报告署名分析师以勤勉的职业态度,独立、客观地出具本报告。分析逻辑基于作者的职业理解,本报告99、清晰准确地反映了作者的研究观点。作者所得报酬的任何部分不曾与,不与,也不将与本报告中的具体推荐意见或观点而有直接或间接联系,特此声明。法律主体声明 本报告由长江证券股份有限公司及/或其附属机构(以下简称长江证券或本公司)制作,由长江证券股份有限公司在中华人民共和国大陆地区发行。长江证券股份有限公司具有中国证监会许可的投资咨询业务资格,经营证券业务许可证编号为:10060000。本报告署名分析师所持中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格书编号已披露在报告首页的作者姓名旁。在遵守适用的法律法规情况下,本报告亦可能由长江证券经纪(陕港)有限公司在陕港地区发行。长江证券经纪(陕港)有限公司具有陕港证100、券及期货事务监察委员会核准的“就证券提供意见”业务资格(第四类牌照的受监管活动),中央编号为:AXY608。本报告作者所持陕港证监会牌照的中央编号已披露在报告首页的作者姓名旁。其他声明 本报告并非针对或意图发送、发布给在当地法律或监管规则下不允许该报告发送、发布的人员。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本报告的信息均来源于公开资料,本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证,也不保证所包含信息和建议不发生任何变更。本报告内容的全部或部分均不构成投资建议。本报告所包含的观点、建议并未考虑报告接收人在财务状况、投资目的、风险偏好等方面的具体情况,报告接收者应当独立评估本报告所含信息,基于101、自身投资目标、需求、市场机会、风险及其他因素自主做出决策并自行承担投资风险。本公司已力求报告内容的客观、公正,但文中的观点、结论和建议仅供参考,不包含作者对证券价格涨跌或市场走势的确定性判断。报告中的信息或意见并不构成所述证券的买卖出价或征价,投资者据此做出的任何投资决策与本公司和作者无关。本研究报告并不构成本公司对购入、购买或认购证券的邀请或要约。本公司有可能会与本报告涉及的公司进行投资银行业务或投资服务等其他业务(例如:配售代理、牵头经办人、保荐人、承销商或自营投资)。本报告所包含的观点及建议不适用于所有投资者,且并未考虑个别客户的特殊情况、目标或需要,不应被视为对特定客户关于特定证券或金102、融工具的建议或策略。投资者不应以本报告取代其独立判断或仅依据本报告做出决策,并在需要时咨询专业意见。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌,过往表现不应作为日后的表现依据;在不同时期,本公司可以发出其他与本报告所载信息不一致及有不同结论的报告;本报告所反映研究人员的不同观点、见解及分析方法,并不代表本公司或其他附属机构的立场;本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时,本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注陒应的更新或修改。本公司及作者在自身所知情范围内,与本报告中所评价或推荐的证券不存在法律法规要求披露或采取限制、静默措施的利益冲突。本报告版权仅为本公司所有,。未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布给其他机构及/或人士(无论整份和部分)。如引用须注明出处为本公司研究所,且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。刊载或者转发本证券研究报告或者摘要的,应当注明本报告的发布人和发布日期,提示使用证券研究报告的风险。本公司不为转发人及/或其客户因使用本报告或报告载明的内容产生的直接或间接损失承担任何责任。未经授权刊载或者转发本报告的,本公司将保留向其追究法律责任的权利。本公司保留一切权利。%32

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