量子通信前沿深度报告

投资要点
量子通信是利用量子纠缠效应传递信息的通信方式，作为量子论与信息论相结合的新型通讯方式，以其绝对的安全性为信息安全带来了革命式的发展。海森堡测不准原理和量子不可复制原理为量子通信的绝对安全性提供了理论基础。量子通信按传输信道分为量子隐形传送和量子密码通信（目前应用最成熟）。

我国在量子通信领域处于世界领先水平，2009年中国科学技术大学教授潘建伟团队建成了世界上首个全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信，标志着中国在城域量子网络关键技术方面已经达到了产业化要求。

量子通信在军事通信、政府保密通信、民用通信上都将带来颠覆性的变革，技术又已相对成熟，经我们详细测算，未来市场空间远超千亿。国家对量子通信非常重视，中央政治局常委曾组织集体学习量子通信，目前国内合肥城域量子通信网、芜湖市量子政务网已于2012年建成使用，世界上最远距离的光纤量子通信干线京沪线也已近完工，并有望于2016年左右发射全球首颗量子通信卫星。

我们对量子通信行业给与“推荐”投资评级，主要受益公司为安徽量通和问天量子，上市公司中重点推荐浙江东方、中天科技，建议关注皖能电力、中信国安。其中，浙江东方大股东与中科大合作从事浙江省内量子保密通信固网建设和运营；中天科技与中科大上海研究院签署项目使用的光缆光器件捐赠协议并积极寻求进入量子通信里领域，我们判断或将与中科大或安徽量通合作。

提醒市场关注即将到来的催化剂：1）11月份在合肥举行的全球量子通信大会（顶尖专家均参会）；2）2016年左右潘建伟中科大团队将发射全球首颗量子通信卫星。

风险提示：量子通信推进进度缓慢、产业化不达预期

1、量子通信——革命式安全通讯方式

1.1 量子通信简介
量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通讯方式，是量子论和信息论相结合的成果。量子通信具有绝对安全和高效率等特点，给信息安全带来了革命式的发展，是目前国际量子物理和信息科学的主要研究方向，主要涉及的领域包括：量子远程传态\量子密码通信等。目前应用发展相对成熟的为量子密码通信。

1.2 量子通信工作原理
量子通信的工作原理为，利用粒子的量子纠缠效应，将信息加载在粒子状态中，通过传输粒子实现绝对安全的通信。量子通信主要的通信方式包括两种：直接通过量子态进行量子隐形传送以及量子密码通信（目前应用最成熟的方式）。

1.3 量子纠缠效应
量子通信的主要原理为量子纠缠效应，即两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联，通俗的讲，即可以制备两个这样两个粒子态，无论距离多远，当其中一个粒子状态发生变化时，另外一个粒子的状态也会同时发生变化。

图1、量子纠缠示意图——跨越时间与空间的“心灵感应”

数据来源：兴业证券研究所

以笛卡儿、伽利略、牛顿为代表的主流物理学家认为，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制。而量子纠缠效应脱离了时空，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），它不仅宇宙证实了爱因斯坦的幽灵——超距作用（spooky action in a distance）的存在，也证实了我们中国人一直强调的因果报应等观点——任何两种物质在冥冥之中存在深层次的内在联系。

1.4 量子状态信息化
量子通信在传送过程中一般以状态来表示信息，早期利用偏振态较多，目前逐渐转向采用相位状态表示信息：1）利用光的偏振对数据进行编码，在一个方向上的偏振视为0，而另一个视为1，常用的有两种偏振方式，直线型和对角型；2）利用光子的相位数据来进行编码，例如45度，90度，180度等代表0、1、-1。

图2、量子信息化

数据来源：兴业证券研究所

量子通信主要的通信方式包括两种（可按信道分类）：直接通过量子态进行量子隐形传送以及量子密码通信（目前应用最成熟的方式）。

图3、量子通信分类

数据来源：兴业证券研究所

1.5 量子隐形传送
量子隐形传送是一种脱离实物的信息传送，原理是通过将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方来传递信息，即把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。

具体而言，首先制备出具备量子纠缠效应的光子A和B，分别在甲和乙两地保存，需要传递信息时，将蕴涵相关信息的光子C与A一起测量，这样A的状态发生了改变，B的状态也发生了改变，再用光子D与B做逆测量，即可得到原来光子C所蕴涵的信息。

量子隐形传送由于单子状态难以长时间保存、光纤信道损耗大、受环境噪音影响较大等原因，目前为止技术仍不成熟。

图4、量子隐形传送原理

数据来源：兴业证券研究所

1.6 量子密码通信
由于量子通信具有不可破译、绝对安全的特性，它受到了信息安全科学界的极大重视。在量子隐形传送现阶段实现困难的背景下，在经典通讯中用量子通信技术进行加密通信来保障信息安全成为了当前全球量子通信研究的重点，也是目前唯一接近成熟应用的量子通信。

加密是保障信息安全的重要手段，目前最常用的加密技术是用复杂的数学算法来改变原始信息——这种方法虽然安全性较高，但存在被破译的可能，并非绝对可靠。而量子密码术是主要利用量子状态来作为信息加密和解密的密钥，具有不可破译性。任何想测算和破译密钥的人，都会因改变量子状态而得到无意义的信息，而信息合法接收者也可以从量子态的改变而知道密钥曾被截获过。

通俗地讲，量子密码通信就是甲利用激光收发器发射确定状态的光子，乙采用滤光器/激光收发器进行接收，保存并记录光子状态，随后甲和乙互相对应光子的状态，以识别是否被窃听（由于光子一旦被窃听测量，就会改变状态，从而被发现），从而获得绝对安全的密钥。

最初的量子密码通信利用的都是光子的偏振特性（状态），目前主流实验方案已经发展到利用光子的相位特性进行编码。举例来说，利用偏振特性时，乙为了接收正确的信息，必须测量光子并使用正确的滤光器偏振方向，即信息传送的偏振方向相同。初始甲发送密钥时，假设发射直线型的偏振光子，乙用接收器过略后发射出的是对角偏振的光子，然后一个完全随机的结果就会出现在接收器上，一旦中间有窃听者使用接收器窃听，结果就会发生改变；使用这种方法，特性信息能够发送而使窃听者无法不被发现地偷听。

图5、量子密码通信原理

数据来源：兴业证券研究所

2、量子通信的主要特性——绝对安全
量子通信具有绝对安全和高效率、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点特性，最主要的特性为绝对安全，主要理论支撑为海森堡测不准原理和量子不可复制原理。

2.1 绝对安全
量子通信的两种应用（量子应用与经典应用）：量子隐形传送与量子密码通信均具有绝对安全特性。

在量子隐形传送通讯中，由于传送信息的两个粒子都分别在甲和乙手中，信息传送脱离实物，不受四维空间的约束，二者状态同时发生变化，因此明显无法被破译，绝对安全。

在量子密码通信通讯方式中，量子密码通信主要传递密钥，甲发送确定状态的光子，乙采用收发器接收，而后甲乙互相对应光子状态，一旦发现光子状态改变，即可确认被窃听，因此该方式也具备绝对安全、无法被破译的特性。

图6、量子通信绝对安全原理

数据来源：兴业证券研究所

2.2 海森堡测不准原理和量子不可复制原理

量子通信绝对安全的特性由海森堡测不准原理和量子不可复制原理支撑：“海森堡测不准原理”：在同一时刻以相同的精度测定量子的位置与动量是不可能的，只能精确测定两者之一。它是量子力学的基本原理。
“单量子不可复制定理”：在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。

根据这两条定理，任何窃听者的存在都会被发现，从而保证密码本的绝对安全，也就保证了加密信息的绝对安全。

3、量子通信重要轨迹及国内团队——中国处于世界领先水平

一、量子纠缠的发现：
1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在。意义：打破了当时宇宙间物质互相作用受时空限制的主流思想，证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。

二、量子通信提出：
1993年，美国科学家C.H.Bennett提出了量子通信的概念：由量子态携带信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。

三、量子隐形传送：
1993年，在贝内特提出量子通信概念以后，6位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案，即将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。

1997年在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。

四、量子密码通信：
2003年，韩国、中国、加拿大等国学者提出了诱骗态量子密码理论方案，彻底解决了真实系统和现有技术条件下量子通信的安全速率随距离增加而严重下降的问题。

五、长距离量子通信：
2006年夏,我国中国科学技术大学教授潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学—维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验，打开了量子通信应用大门。

2007年6月，一个由奥地利、英国、德国研究人员组成的小组在量子通信研究中通过创下了通信距离达144公里的最远纪录。

2010年，中国科学技术大学和清华大学的研究人员完成了一项创举，他们的自由空间量子通信实验将通信距离从先前的数百米记录一步跨越到16公里。

2011年10月，中国科学技术大学教授潘建伟、彭承志、陈宇翱等人，与中科院上海技术物理研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成联合团队，在青海湖首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

2012年，中国科学家潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

六、量子通信网：
2008年底，潘建伟的科研团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统，在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网，成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一（另一小组为欧洲联合实验团队）。

2009年9月，潘建伟的科研团队正是在3节点链状光量子电话网的基础上，建成了世界上首个全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。这一成果在同类产品中位居国际先进水平，标志着中国在城域量子网络关键技术方面已经达到了产业化要求。

七、量子通信国内团队：
中国量子通信技术水平处于国际领先地位，与英国、瑞士、美国并驾齐驱。以潘建伟为代表的中国科大的科研团队是国内量子通信的顶尖团队，掌握着量子通信的核心技术，其次是中科大的郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室，清华大学姚期智团队、龙桂鲁团队等也取得了优秀的成果。

图7、量子通信领军科学家潘建伟

数据来源：互联网、兴业证券研究所

4、量子通信应用——千亿级市场规模

4．1量子通信已经在国内开始展开应用
由于量子通信绝对安全的特性，量子通信在军事通信、政府保密通信、民用通信上都将带来颠覆性的变革，未来市场容量极大。但目前技术发展是否已经相对成熟、是否具备广泛应用的能力呢？答案是肯定的。

2012年初，中国科大的潘建伟团队在合肥建成世界上规模最大的46节点量子通信试验网，标志着大容量的量子通信网络技术已取得关键突破。具有46个节点的量子通信网覆盖合肥市主城区，使用光纤约1700公里，通过6个接入交换和集控站，连接40组“量子电话”用户和16组“量子视频”用户。

图8、量子通信网

数据来源：安徽量通、兴业证券研究所

合肥量子通信网的建成使用，标志着我国继量子信息基础研究跻身全球一流水平后，在量子信息先期产业化竞争中也迈出了重要一步。此刻，我国北京、济南、乌鲁木齐等城市的城域量子通信网也在建设之中，未来这些城市将通过量子卫星等方式联接，形成我国的广域量子通信体系。

同时，中国已开始建设世界上最远距离的光纤量子通信干线——京沪线——连接北京和上海，距离达到2000公里，有望于两三年内投入使用。预计2016年中国也将发射全球首颗“量子通讯卫星”，实现1000公里的远距离传输，这一核心技术突破，将为构建全球量子通信网奠定基础。

图9、合肥城域量子通信网开通仪式                                                    图10、国务院副总理刘延东试用量子电话

 

数据来源：安徽量通、兴业证券研究所
 

4．2国内量子通信市场规模上千亿
量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域和部门，而技术又相对成熟，未来市场容量极大。

图11、中央政治局常委学习量子通信

数据来源：安徽量通、兴业证券研究所

在国防和军事领域，量子通信能够应用于通信密钥生成与分发系统，向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子密钥，构成作战区域内机动的安全军事通信网络；能够应用于信息对抗，改进军用光网信息传输保密性，提高信息保护和信息对抗能力；能够应用于深海安全通信，为远洋深海安全通信开辟了崭新途径；利用量子隐形传态以及量子通信绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、远距离传输和信息高效率等特点，建立满足军事特殊需求的军事信息网络，为国防和军事赢得先机。在国民经济领域和部门，量子通信可用于金融机构的隐匿通信等工程以及对电网、煤气管网和自来水管网等重要基础设施的监视和通信保障，促进国民经济的发展。

目前国内京沪线2000公里正在建设，合肥量子通信网已经建成，北京、济南、乌鲁木齐等城市的城域量子通信网也在建设之中，未来这些城市将通过量子卫星等方式联接（中科院于2011年启动了空间科学战略性先导科技专项，预计2016年左右发射全球首颗“量子通讯卫星”），形成我国的广域量子通信体系。

图12、在建的2000公里量子通信京沪线

资料来源：互联网、兴业证券研究所
量子通信网络包括传输平面、控制平面和管理平面。传输平面主要由光传输链路和量子交换模块组成，传输链路包括光钎、分束器、光复用器和解复用器等设备。控制平面是量子通信网络的核心部分，主要功能包括：信令传输、呼叫连接控制、链路资源管理、路由管理、用户接口等。管理平面由量子通信网络各个节点的管理层组成，实现管理功能分布化。当两个用户需要进行通信时，管理平面向控制平面发送通信请求消息，控制平面根据通信需求和传输平面的拓扑信息等寻找路由，并将控制消息传送给传输平面，在通信双方之间建立端到端的物理连接。

图13、量子通信示意图

资料来源：安徽量通、兴业证券研究所

基本假设：
（1）未来20年内在国内31个省会城市和直辖市（未考虑港澳台）开展城域量子通信网的建设。

（2）城域通信网仍采用节点式网络建设。

（3）建设规模与节点部署参考合肥主城区。合肥主城区共计约360平方公里，量子通信网使用光纤1700公里，部署共计46节点，按8平方公里（37公里光纤）设置一个节点进行估算。

（4）每个节点需安装一套收发器，造价约50万元，加上传输链路和交换模块等设备，预计平均节点投资在300万。

（5）假设国防、政府、金融、电信各建设一张地面量子通信网，全国共建一张卫星量子通信网。

目前全国共有约660个城市，则地面量子通信网的投资规模为：660*4*46*300=12144000万元=1214亿元

假设加上卫星量子通信网建设规模以及将量子通信网扩大到主城区以外，其市场空间远超千亿。

图14、量子通信产品

资料来源：安徽量通、兴业证券研究所

5、相关公司

5.1安徽量通（非上市公司）
安徽量子通信技术有限公司，主要股东为中国科学技术大学微尺度国家实验室，产业化技术团队由毕业于剑桥大学、海德堡大学、中国科学技术大学等国内外知名学府，实力雄厚，拥有中国最多的量子通信领域技术专利，是国内首家量子通信安全解决方案及成套量子通信产品供应商，致力于量子通信产业化。公司还是是国家密标委基础工作组、应用工作组、测评工作组首批会员单位（量子通信唯一家），在2013年9月负责为中央政治局常委讲解演示了量子通信技术原理。

公司产品涵盖量子通信网络设备、终端设备、核心器件、科学仪器以及系统性的管控和应用软件等，并提供信息安全整体解决方案。公司建成了世界首个规模化城域量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网”，与中科大、新华社联合建成“金融信息量子通信验证网”；并多次为国家重大活动提供通信安全保障。

公司2014年生产出了国内商用密码领域首款量子密码机，并获得了国家密码管理局商用密码产品型号审批。公司产品将量子密钥分发技术与传统商用密码技术有效融合，实现了大容量、高性能的网络数据加密传输,满足了各种基于网络的应用系统对信息安全的需求。

5.2问天量子（非上市公司）
安徽问天量子科技股份有限公司是国内首家从事量子信息产业化的公司，股东为中国科学技术大学、芜湖建设投资有限公司，创始团队包括中国科学院院士、中科大教授和中科大博士等。公司在合肥与中国科学院量子信息重点实验室建有联合实验室，承担着国家量子信息产业化的使命，主要产品为量子密码通信系统、光电子器件与设备、量子密码网络方案。

公司密码技术和光电子器件技术来源于中国科学技术大学，拥有量子密码点对点通信方案、量子密码组网技术、量子密码核心器件的多项国际顶级专利，是国内也是国际少有的同时拥有全部量子密码自主知识产权的公司。公司负责建设了的“芜湖量子政务网”，该网络是世界上首个多层级的试运行量子密码网络。

5.3浙江东方（600820）
据悉，东方股份所属浙江国贸东方投资管理公司与中科大量子通信技术团队达成意向，在浙江省杭州市海创园内设立“浙江神州东方量子网络技术有限公司”。该公司作为浙江省首家量子通信产业化平台，将由国贸东方投资管理公司联合中科大量子物理和量子信息技术团队等组建，主要从事浙江省内量子保密通信固网建设和运营业务。

5.4中天科技（600522）

中天科技作为国内光纤光缆、特种线缆、海底光电缆等领头羊，与中国科学技术大学上海研究院就量子保密通信技术研究所需光纤光缆及器件签署了捐赠协议，协议显示，为支持中科大上海研究院开展量子保密通信技术研究，公司自愿将不超过50万元的光纤光缆及光器件无偿捐赠给中科大上海研究院，用于其“300公里超长距离量子通信安全密钥分发实验”项目。此前，世界上被公认的最长安全通信实验为200公里，上述实验项目可能将成为量子通信方面的一个新的世界纪录。我们判断，作为国内海底探测网的重要参与方之一，公司积极寻求和安徽量通的合作，以扩大量子通信技术应用范围。

5.5皖能电力（000543）
公司是安徽省第一批规范化改制的上市公司之一，主营电力生产和销售，是皖能集团旗下电力专业化管理公司。中国科学技术大学联合安徽省皖能集团（皖能电力第一大股东）和铜陵润丰集团，合资成立安徽量子通讯技术有限公司，将进行安徽的量子通信建设。

5.6中信国安（000839）
公司是一家以信息产业为主营的高科技上市企业，主要从事信息网络基础设施业投资建设、信息服务业中的相应服务与应用软件开发。中信国安合营企业合肥有线电视宽带网络有限公司参与潘建伟团队在合肥建成世界上规模最大的46节点量子通信试验网项目。中信国安目前持有合肥有线电视宽带网络有限公司40%的股份。

5.7投资建议
基于上千亿的市场规模所代表的良好市场前景，我们对量子通信行业给与“推荐”投资评级，其中最受益的公司为安徽量通和问天量子，上市公司中，重点推荐浙江东方、中天科技，建议关注皖能电力、中信国安。
提醒市场关注即将到来的催化剂：
1、11月份在合肥举行的全球量子通信大会（顶尖专家均参会）；
2、2016年左右潘建伟中科大团队将发射全球首颗量子通信卫星。

风险提示：量子通信推进进度缓慢、产业化不达预期