QKD在科研、工程和應用層面的探討

近年來，業界對於QKD和量子保密通信在科研、工程和應用等層面問題的認識和討論進一步深入，未來各方聚焦QKD技術、應用和產業發展的核心問題，明確定位、凝聚共識、協同推動將 有望成為趨勢。 對於QKD問題的分析，應當區分科學研究、工程研發和應用探索3個不同層面，以利於業界各方釐清技術和應用現狀，定位存在的問題和瓶頸，以及探討未來的發展趨勢。

 科研層面

 2020年5月，中國科學技術大學在全球物理學領域的頂級期刊《現代物理評論》發表QKD長篇綜述論文，全面回顧了QKD研究歷程、關鍵技術和重要成果，並從學術界視角回應 了關於QKD技術的10個疑問。 文中觀點也代表了QKD學術界的主流看法，認為當前QKD技術面臨的質疑與問題，在技術層面都可以有解決方案，並且相關研究都在推進，未來可進一步完善和提升。
 對於QKD科研層面問題，學術界多年來已有大量研究成果和文獻報導，前沿研究和試驗探索也在蓬勃發展，科學家指出的未來可期絕非虛言。 但同時也要看到，科研層面討論的雙場（TF）和測量設備無關（MDI）等新型協議系統，量子存儲和量子中繼等技術方向，在短期內沒有明確的商用化或實用化前景 ，並不能馬上用於解決當前面臨的工程和應用難題。 一方面，產業界不能以工程和應用中存在的問題來否定QKD領域的科學共識和科研成果；另一方面，學術界恐也難以科研論文的發表來回應工程和應用中面臨的現實問題。

 工程層面

 在QKD設備研發和部署的工程層面，當前QKD和量子保密通信系統的工程化現狀主要是商用QKD系統的現網光纖傳輸距離百公里以內，密鑰成碼率約為10 kbit/s量級， 系統設備工程化水平仍有較大提升空間。 商用QKD網絡基於可信中繼節點實現QKD密鑰存儲管理，通過密鑰路由和加密調度實現端到端密鑰生成和提供。 商用加密設備採用QKD密鑰或中繼密鑰，結合國密/商密對稱加密算法，實現傳輸信道加密，支持的加密信道業務容量可達Gbit/s量級。
 量子保密通信系統和網絡的工程化問題主要是，QKD在協議設計層面，以犧牲信號傳輸的魯棒性來換取密鑰生成的安全性，這一特性對QKD系統性能指標和工程化水平的提升 形成了製約。 商用化的QKD均採用製備-測量系統方案，發射機和接收機的現實安全性需要研究和驗證，目前相關測評正在組織開展。 商用QKD系統密鑰速率有限，高速率等級通信業務難以採用“一次一密”加密，量子保密通信系統難以達到信息論可證明安全性。  QKD網絡可信中繼節點的安全防護要求和相關標準規範目前尚未完全明確，“短板效應”降低了量子保密通信網絡的整體安全性。
 現階段的商用QKD和量子保密通信系統，其工程化水平雖已達到“可用”，但距離“好用”仍有較大提升空間。 進一步突破和解決系統與網絡工程實踐中面臨的瓶頸問題，是QKD和量子保密通信技術完成科學研究、試驗開發、推廣應用的三級跳，真正實現創新價值的必要前提和必由之路。 目前，我國QKD和量子保密通信示範應用項目和試驗網絡建設的數量和規模已經全球領先，下一步解決工程層面的問題更需產業公司“打鐵自身硬”。 此外，解決工程層面的問題，也需要量子物理、信息安全和網絡通信等各領域凝聚共識，形成合力，多方共同推動。

 應用層面

 在QKD和量子保密通信應用和產業發展層面，基於QKD的量子保密通信在全球開展多項試驗網絡建設和試點應用，我國在項目數量、網絡建設和投資規模方面處於領先。 包括基礎研究、設備研製、網建運維、加密應用在內的量子保密通信產業鏈基本形成，但產業規模和發展速度較為有限。 量子保密通信的應用探索已超過10年，主要發展模式為公共研究資金支持和政府類項目投入，市場化內生增長動力較弱，商用化推廣成果較少，社會經濟效益難言十分顯著。 量子保密通信在標準研製、型號准入和測評認證等方面的工作進展較為緩慢，也成為在高安全需求領域應用的瓶頸之一。
 量子保密通信能夠提升信息安全防護能力，在符合應用場景需求和管理准入條件的前提下，可在高安全需求領域的專用網絡率先開展應用探索。 量子保密通信的應用推廣，需要破解在高安全需求領域“不敢用”和一般安全需求領域“用不起”的兩難困境。 量子保密通信產業化發展需要科研開發支撐、應用場景開拓、標準規範引導和測評認證保障等各方協同推動。 基於當前的量子保密通信商用化解決方案，進行規模化網絡建設的決策應根據應用場景的實際需求，廣泛聽取各方意見，充分論證，穩妥實施。