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1、量子与通信融合应用研究初探何申2023年10月中国移动研究院 量子通信应用问题 关键问题解决思路 后续计划中央科技委已将量子信息纳入未来科技领域，国资委通过战新项目对量子通信进行单独规划，多家央企响应国家强化企业科技创新主体地位的精神，积极布局量子通信领域国家高度重视，央企积极入局国家广域量子保密通信骨干网络初步建成“两纵一横”地面网络和两颗量子卫星组成天地一体化量子保密通信网络党中央高度重视量子科技我国在量子通信领域发展较快运营商开展布局 2020年，习总书记作指示，“加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋”国家“十四五”规划，对量子信息等前沿领域作出规划 中央科技委将量

2、子信息纳入未来科技领域，进行单独规划中国移动：2021年成立量子合资公司；2022年发布量子VoLTE加密通话；2023年发布量子和对讲中国电信：2023年5月，全资投入30亿成立中电信量子信息科技集团有限公司中国联通：2020年12月“京雄量子加密通信干线”成功完成量子通信+区块链BaaS应用测试QKD链路量子通信QKDN控制QKD模组密钥管理典型应用数据专线行业内、小规模加密通信4/5G网络算力网络全面应用保密通信多样化业务ToB/ToC规模化应用量子密码安全服务（终端、平台、网络、业务）全产业、大规模量子+云网“小循环”加强QKD覆盖量子+云网+应用“大循环”4G/5G量子+用户总数 9

3、亿基站总数 300万市县乡镇农村 100%全覆盖量子保密通信已成为现实墨子号实验卫星国家量子网络干线量子城域网网络成为国家关键基础设施当量子遇到4/5G网络，催生大发展运营商助力量子通信产业从行业应用的“小循环”走向全产业应用的“大循环”量子通信与移动通信产业融合发展运营商的终端、网络、业务中有海量数据安全和传输安全需求，现有安全手段的密钥分发过程存在安全风险，需要引入算力无关的QKD技术，提升网络空间安全性运营商对量子通信的安全需求本地数据安全端-端通信安全无线空口安全数据安全端-边通信安全数据灾备保障网络密钥安全网络数据安全传输通信安全云端数据安全端-云通信安全安全能力开放数据灾备保障核心

4、网端MEC云平台边管云接入设备车联网终端物联网终端小型终端重点解决量子通信应用三大问题，推动量子与信息通信产业融合大发展无线终端量子密钥分发问题n 无线终端获取量子密钥采用离线灌装方式，安全性及易用性不足；n 利用无线信道的“不确定性“，实现“最后一公里”量子密钥的安全分发。QKD网络覆盖问题量子密钥大规模应用问题n 面向高安全园区的QKD网络覆盖不够，且点对点组网模式平方级增加网络成本，扩展性差n 设计支持多用户的QKD网络，结合PQC提高身份认证的便捷性n现有的QKD网络难以承载海量用户及适配多样化应用 n设计优化满足量子密钥大规模应用需求的三层架构，构建量子密码服务体系量子通信大发展面临

5、应用问题 量子通信应用问题 关键问题解决思路 后续计划问题一：量子密钥如何分发到无线终端QKD是通过传送量子态实现信息论安全的密钥生成和分发的技术，可提升密钥管理的安全性与独立性。QKD技术依托有线光纤或量子卫星分发密钥，而海量无线终端难以直接从QKD网络获取量子密钥。QKD设备QKD设备QKD网络IT云基站家宽集客WiFi移动云骨干网城域网无线终端接入网安全网关安全网关量子密码应用业务云IPSec/TLS/有线网络有线网络量子卫星光纤无线终端如何从QKD网络获取量子密钥？QKD用户爆发式增长QKD应用平均成本降低QKD应用形成规模效应海量无线终端接入QKD网络量子通信产业大循环发展量子密钥无

6、线分发技术针对量子密钥“最后一公里”传输难题，中国移动启动了“Q波计划”：利用无线信道的“不确定性”实现量子密钥的“确定性”安全传输，促进量子通信与移动通信的融合发展无线信道特征随机性互易性空间不相关性无线传播环境反射折射散射“取之不尽，用之不竭”的天然随机源无线信号小尺度衰落时间域：多普勒频移频率域：时延扩展空间域：角度色散无线信道密钥技术无线物理层密钥生成物理层信息安全传输无线物理层密钥生成的优势无线网络通信安全技术体系与窃听者的计算能力无关基于时空测量基于计算复杂度安全性面临挑战经典方式物理层密钥方式无线物理层密钥生成方法信道型密钥生成模型源型密钥生成模型随机性、互易性和空间去相关性使无