量子密钥无线分发技术研究报告

2025年3月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据观点、建议等，均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有(注明是引自其他方的内容除外)，并受法律保护。如需转载需联系本联盟并获得授权许可。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字、图表或者观点的，应注明“来源：量子信息网络产业联盟”。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 量子信息网络产业联盟联系电话：010-62300592邮箱：qiia@caict.ac.cn 编制说明 量子科技是新一轮科技革命的前沿领域，成为世界各国争夺技术话语权和领导地位的热点，具有重要的战略意义。 习近平总书记在全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上的讲话中提到，扎实推动科技创新和产业创新深度融合，助力发展新质生产力，要瞄准未来科技和产业发展制高点，加快新一代信息技术、人工智能、量子科技等领域科技创新，培育发展新兴产业和未来产业。 当前，以量子通信为代表的“量子+信息通信”逐渐成熟，成为新一代网络安全基础设施的重要组成部分。 针对量子密钥无线分发难题，本报告提出量子“Q波”创新解决方案，Q是量子英文Quantum的首字母，波代表无线电波，寓意量子技术与通信网络的融合，利用无线信道的“不确定性”实现量子态密钥的“确定性”安全传输，构建端到端的、与算力无关的、高安全量子密钥分发系统，实现量子密钥“最后一公里”的安全分发。期望与产学研各界共同探讨和推进量子密钥无线分发（Q波）技术的产业落地，保障网络的安全可靠，提供灵活通用的安全服务。 编制单位：中国移动通信有限公司研究院、东南大学、信通数智量子科技有限公司、中移互联网有限公司、中移（上海）信息通信科技有限公司。 编写组成员：程叶霞、郭苗苗、王峰生、杜海涛、粟栗、何申、胡爱群、俞佳宝、米思娅、徐斌斌、巫立峰、陈培祖、陈冠祯、阴啟明、周璐。 前言 近年来，量子科技已成为世界各国抢占新一轮科技革命全方位优势的战略制高点；在我国，量子科技领域是推动科技创新和产业创新深度融合、助力发展新质生产力的重要领域之一，是未来科技和产业发展制高点，培育发展新兴产业和未来产业。 本报告对量子通信技术、量子密钥分发应用场景、量子密钥的分发技术等进行分析探讨，提出量子密钥无线分发系统解决方案和技术验证装置，总结量子密钥无线分发技术的发展趋势和建议。 本研究报告共分为六章，相关章节内容安排如下： 第一章：量子通信技术发展概况。介绍量子通信技术的国内外政策、产业发展现状、量子通信设施部署概况等。 第二章：量子密钥分发应用场景。介绍量子密钥分发可以应用的各种场景，并进行场景描述。 第三章：量子密钥的分发技术。介绍量子密钥的各种分发技术，并分析对应的优缺点。 第四章：量子密钥无线分发系统解决方案。介绍量子密钥无线分发系统总体设计、无线物理层安全技术、量子密钥无线分发技术。 第五章：量子密钥无线分发技术验证装置。介绍量子密钥无线分发装置、实现、主要功能等。 第六章：总结展望。总结量子密钥无线分发技术的发展趋势及推进建议。 目录 一、量子通信技术发展概况..................................................................1 (一)国内外政策................................................................................1(二)产业发展现状............................................................................6(三)量子通信设施部署概况..........................................................11 二、量子密钥分发应用场景................................................................13 (一)关键信息基础设施安全..........................................................13(二)移动终端加密通信..................................................................14(三)量子安全对讲..........................................................................16(四)数据容灾备份..........................................................................17(五)量子安全办公..........................................................................17(六)量子密邮..................................................................................18(七)量子密盘..................................................................................19(八)金融数据量子加密传输..........................................................20 三、量子密钥的分发技术....................................................................21 (一)离线灌装..................................................................................21(二) OTA（SIM卡）.......................................................................22(三)基于无线物理层加密的量子密钥无线分发.........................26四、量子密钥无线分发系统解决方案................................................28(一)总体设计..................................................................................28(二)无线物理层安全通道建立技术..............................................30(三)量子密钥无线分发技术..........................................................36五、量子密钥无线分发技术验证装置................................................39(一)装置介绍..................................................................................39(二)系统实现..................................................................................41(三)主要功能..................................................................................42六、总结展望.........................................................................................47 图目录 图1关键信息基础设施通信安全场景.................................................14图2移动终端加密通信应用场景.........................................................15图3量子安全对讲应用场景.................................................................16图4数据容灾备份应用场景.................................................................17图5量子安全办公应用场景.................................................................18图6量子密邮应用场景.........................................................................19图7量子密盘应用场景.........................................................................20图8金融数据量子加密传输应用场景.................................................21图9超级SIM卡的四种基础通道能力示意图....................................23图10量子密钥无线分发系统方案示意图...........................................29图11无线物理层密钥生成原理............................................................31图12 TDD系统信道探测......................................................................32图13量子密钥无线分发.......................................................................36图14量子密钥传输帧格式...................................................................37图15基于前向纠错处理机制的量子密钥安全传输..........................38图16量子无线网关形态......................................................................40图17量子安全移动通信终端形态......................................................41图18系统实现流程图..........................................................................41 一、量子通信技术发展概况 (一)国内外政策 量子信息技术被认为是未来重大技术范式变革和颠覆式创新应用的新源泉，在新一轮信息技术革命的推动下，西方主要国家将量子信息视为抢占经济、军事、安全等领域全方位优势的战略制高点，争相发布量子信息发展战略，部署一系列发展政策，支持量子通信技术的研发和产业化。国内外政府和产业界都在加强对量子通信技术的关注和投入，推动其研究和应用发展。 1.国外量子通信政策 20