量子通信：未来“量子安全”通信技术将如何发展？
弗劳恩霍夫信息技术研究所和萨尔大学在一项新研究中分析了三代量子通信。该研究的定量监测提供了对专利发展的洞察，预测了未来的增长，并比较了国际研究战略。该研究还考察了德国和欧洲在国际背景下的立场。安全通信是自由社会的基石，对关键基础设施的可靠运行至关重要。加密方法对于确保这一点至关重要。然而，当今加密过程的安全性受到量子计算机快速发展的威胁。在可预见的未来，量子计算机可能会破解传统加密。
这正是量子通信和基于量子通信的“量子安全”加密策略发挥作用的地方。这些技术建立在量子密钥分发 (QKD) 提供的未来技术基础之上，量子密钥分发承诺基于量子力学原理实现物理安全通信，而量子中继器则可以在更长的距离上传输量子态。
在此背景下，弗劳恩霍夫信息系统研究所和萨尔大学的一项新研究仔细研究了量子通信技术的现状。该研究是德国量子通信伞形项目 (SQuaD) 的一部分。除了市场准备情况、优势和缺点外，还进行了定量监测，以分析出版和专利活动、增长率和技术资金。
量子通信技术概述
这项研究考虑了三代量子通信。第一代——基于准备和测量原理的量子密钥分发 (QKD)——通过准备和测量量子态来生成安全密钥，然后用于对实际消息进行编码。
攻击者试图窃听或复制量子态的任何行为都会导致状态发生变化，而这些变化可被检测到。准备和测量 QKD 已经是一种市场化的保密通信技术。然而，目前其广泛使用受到高成本以及待定的安全证明、认证和批准的阻碍。
第二代量子密钥分发(QKD) 采用光子纠缠源，这是一种特殊的量子力学粒子连接形式，可确保安全通信。任何干扰此连接或窃听的企图都是可以检测到的。基于纠缠的 QKD 尚未像准备和测量 QKD 那样成熟，目前仅能实现较低的密钥速率，但未来可能对复杂的通信网络具有优势。
第三代包括量子中继器的开发，它能够实现更长距离的纠缠分布。这可以显著增加 QKD 的范围。量子中继器还使分布式量子计算成为可能，这有可能使量子计算机的计算能力成倍增加。
量子中继器可为未来量子通信网络的发展做出重要贡献，因此在信息安全和关键基础设施保护方面与社会息息相关。但目前量子中继器还不够成熟，无法实现商业应用，需要进一步研究。
未来年增长率在15%至25%之间
该研究对量子通信领域专利申请活动的分析清楚地表明，近期专利申请中最大的份额来自欧盟（35%），其次是美国（29%）和中国（15%）。即使工业界以约 70% 的份额占据这些专利申请的主导地位，但该技术仍然受到研究机构的强烈推动（约 30%）。
此外，对大量量子通信市场研究的分析表明，未来几年市场将强劲增长。分析的市场评估和预测的中值为 2023 年全球营业额为 17 亿欧元，到 2030 年可能增至 58 亿欧元。
所分析的大部分研究预测年增长率在15%至25%之间。此外，对国际研究和创新战略的分析表明，除德国和欧盟外，中国、美国、英国、日本和韩国都认识到量子通信的战略重要性，并设立了相关资助计划。
加强技术主权
这项研究由弗劳恩霍夫 ISI 的 Thomas Schmaltz 博士和萨尔大学的 Christoph Becher 教授协调，指出了保护德国和欧洲关键技术的必要性：最终，安全通信可以保证国家安全、秘密和隐私的保护以及经济和政治进程的完整性。
为了加强德国和欧洲在量子通信方面的技术主权，并能够在系统层面理解相关技术并进行开发和生产，该研究确定了一些仍需克服的挑战。
其中包括降低目前非常高的基础设施成本、进一步开发技术以及提高社会和潜在用户对 IT 安全风险的认识，而这又是广泛市场实施的先决条件之一。
可以通过持续的公共资金、对工业终端用户的购买激励、对欧洲基础设施的投资以及公共关系和教育计划来加强技术主权。其他至关重要的措施包括促进技术向工业界的转让、消除审批障碍以及欧盟成员国当局之间的密切合作。
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