量子保密通信是指以具備信息論安全性證明的QKD技術(shù)作為密鑰分發(fā)功能組件，結(jié)合適當(dāng)?shù)拿荑€管理、安全的密碼算法和協(xié)議而形成的加密通信安全解決方案。QKD技術(shù)的最大特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)無條件安全的密鑰共享，使得通信雙方實(shí)時(shí)獲取隨機(jī)且安全的對(duì)稱密鑰。而量子密鑰分發(fā)設(shè)備，正是整個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備。

QKD產(chǎn)品的研制門檻極高，放眼全球僅有少數(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)。2017年，九州量子正式成為國(guó)內(nèi)少數(shù)真正擁有QKD產(chǎn)品自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。此后，九州量子團(tuán)隊(duì)始終深耕研發(fā)，不斷升級(jí)，終迎來突破。

在說明QKD性能的重要指標(biāo)中，成碼率與誤碼率是關(guān)鍵指標(biāo)。成碼率是指QKD系統(tǒng)生成量子安全密鑰的速率，該速率一般跟系統(tǒng)重復(fù)頻率和通信距離有關(guān)。系統(tǒng)重復(fù)頻率越高，通信距離越短，則成碼率越高。而誤碼率，準(zhǔn)確的說是量子比特誤碼率，顧名思義是指由于量子信道及其編解碼過程中，存在實(shí)際世界中的不完美性，造成的BB84篩后密鑰中錯(cuò)誤比特的比例。造成誤碼的情況在實(shí)際操作中大致分兩種，一是由于QKD系統(tǒng)本身各個(gè)模塊的不完美性，調(diào)制解調(diào)的編解碼過程中會(huì)產(chǎn)生無法消除的誤差，這些誤差值就成了誤碼；二是如果信息傳輸過程被竊聽者竊聽或信道干擾，會(huì)導(dǎo)致量子編碼誤差增大，這些量子比特的錯(cuò)誤在解碼之后便形成量子比特錯(cuò)誤，導(dǎo)致誤碼。系統(tǒng)的量子比特誤碼率越低，在最后保密放大階段處理時(shí)壓縮剔除的密鑰量就越少，相應(yīng)的，量子安全密鑰的成碼率就越高。

圖為基于BB84協(xié)議的量子密鑰分發(fā)原理示意圖

報(bào)告顯示，根據(jù)實(shí)測(cè)值，以50公里距離為例，目前九州量子自研的GHz-QKD成碼率可以達(dá)到50kbp@10dB（對(duì)于低速Q(mào)KD，這一指標(biāo)通常是>3kbps@10dB即可），最長(zhǎng)通信距離約合115公里，完全可以滿足YD/T3834.1中對(duì)高速Q(mào)KD的線路跨段損耗、平均密鑰成碼率、系統(tǒng)線路損耗裕量的要求。這意味著九州量子的GHz-QKD不僅實(shí)現(xiàn)了成碼率一個(gè)數(shù)量級(jí)的提高，同時(shí)還把商用化量子通信的安全距離提到了百公里以上，極大地突破了此前量子密鑰分發(fā)通信速率不高、安全距離比較受限、只適合小城域范圍通信的瓶頸，結(jié)合可信中繼和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可為骨干網(wǎng)、城際網(wǎng)等項(xiàng)目應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的量子安全保障。

優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低成本 助力QKD產(chǎn)品走向?qū)嵱没?/span>

除了注重關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先性，如何在保證性能的前提下最大可能優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低成本也是九州量子團(tuán)隊(duì)攻克的重點(diǎn)難題。在QKD設(shè)備內(nèi)部，單光子探測(cè)器、激光器、量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器當(dāng)屬最為重要的三大器件。以接收端的單光子探測(cè)器為例，目前國(guó)際學(xué)術(shù)研究上主要采用超導(dǎo)探測(cè)器進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，具有體積大、成本高等問題。九州量子的高性能GHz-QKD產(chǎn)品中結(jié)合相關(guān)專利技術(shù)成功開發(fā)了GHz正弦門控探測(cè)器，具有探測(cè)效率高，暗計(jì)數(shù)低，后脈沖小等特點(diǎn)，不僅確保相關(guān)技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先，且極大地降低了成本，為量子技術(shù)進(jìn)一步走向?qū)嵱没伷降缆贰?/strong>

中國(guó)信通院是工業(yè)和信息化部直屬科研事業(yè)單位。在我國(guó)信息通信業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略、規(guī)劃、政策、標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試認(rèn)證等方面發(fā)揮了有力支撐作用，為我國(guó)通信業(yè)跨越式發(fā)展和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新壯大起到了重要推動(dòng)作用。今年7月，中國(guó)信通院聯(lián)合國(guó)內(nèi)40家量子信息領(lǐng)域相關(guān)高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)公司等單位共同發(fā)起中國(guó)量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，九州量子獲邀成為聯(lián)盟首批發(fā)起單位，并入選擔(dān)任聯(lián)盟理事單位。