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在我国《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中多次提到“量子通信”：在科技前沿领域攻关部分指出：“城域、城际、自由空间量子通信技术研发，通用量子计算原型机和实用化量子模拟机研制，量子机密测量技术突破”；在战略性新兴产业中指出：“加快布局量子计算、量子通信、神经芯片、DNA存储等前沿技术”。“十四五”规划，作为国家的顶层设计文档，多次提到“量子通信”，体现了国家对发展量子通信的高度重视。
图 1目前主流的量子通信在量子信息中的位置
量子信息是一门由量子力学与信息学交叉产生的新兴学科，量子信息主要包括量子计算和量子通信。而量子通信进一步化分为量子密钥分发和量子隐形传态。量子隐形传态是基于量子纠缠分发与贝尔态联合测量，实现量子态的信息传输。其中，量子态信息的测量和确定，仍然需要现有通信技术的辅助。量子隐形传态中的纠缠对制备、分发和测量等关键技术有待突破，目前处于理论研究和实验探索阶段，距离实用化尚有较大差距。当前，处于产业化阶段的量子通信技术主要是指量子密钥分发（QKD，Quantum Key Distribution）。量子密钥分发是量子通信技术在密码通信方面的重要应用，该技术利用量子状态的不可复制性保障通信的无条件安全，原理上，对量子密钥分发过程的任何窃听都必然会被发现。本文的量子通信是指量子通信中的量子密钥分发。
1984年，IBM公司的研究人员Bennett和蒙特利尔大学的学者Brassard在印度召开的一个国际学术会议上提交了一篇论文《量子密码学：公钥分发和抛币》。在这篇论文中他们提出了BB84协议，该协议把密码以密钥的形式分配给信息的收发双方，因此也称作“量子密钥分发”。
发送方利用滤色片可以发送：垂直（↕）、水平（↔）、对角（↗，↖）四种不同偏振方向的光子。用垂直（↕）、45°（↗）方向偏振表示为1，用水平（↔）、135°（↖）方向偏振表示为0，由此，我们可以知道BB84态，如下表：
接收方，利用测量基进行测量。测量基主要包括“水平垂直”和“对角”两种方式，如下图所示：
图 2测量基
当测量基和光子偏振方向一致，接收方测量可以得出正确结果。当测量基和光子偏振方向偏45°，光子就会变化，偏振方向改变45°，接收方测量结果是1或0的概率各50%。
表格 3发送方和接收方的密钥分发过程表基于以上原理，发送方生成随机数（下表中的发送比特），制备量子态，利用测量基进行发送。接收方随机选择测量基，对量子态进行测量，记录数据。发送方和接收方通过经典信道确定双方发送同一光子时，选取的测量基是否一致，测量基一致的，接收方测量数据准确，将准确测量的数据作为发送方和接收方分发的密钥。如下表所示：
4 量子通信网络体系结构
量子通信网络体系架构是量子通信组网的基础，目前主流的量子通信网络体系架构，如下图所示：
图 3量子通信网络体系架构
量子通信网络体系架构主要分为三层，从下到上分别为量子层、管控层和应用层。
量子层是核心，QKD设备分为发送端和接收端，对应量子通信基本原理章节中的发送方和接收方，QKD设备成对进行量子密钥的分发，量子信道传输光量子，经典信道传输测量基比对等信息，实现量子密钥分发。
管控层分为两部分，分别为量子密钥交换机和量子密钥管控服务器。量子密钥交换机接收QKD上传的分发后的量子密钥并进行存储，实现量子密钥的交换，为应用层的设备提供量子密钥。量子密钥管控服务器，实现对QKD设备量子密钥分发的控制，为量子密钥交换机的密钥交换提供路由信息。
应用层的量子密钥安全网关等应用设备从量子密钥交换机获取量子密钥，使用获取的密钥在使用者之间建立安全通道，在网络和通信层面保证用户信息传输信息的安全性。
图 4量子通信网络演进图
2010年，在合肥建成首个城域量子通信示范网，具有46个节点覆盖合肥市主城区。
2014年，济南量子通信城域实验网正式投入使用，包括三个集控站，56个用户节点。
2016年，世界首条量子通信干线京沪干线建成。总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海。利用京沪干线，京沪两地的金融、政务等机构能进行安全通信，实现了基于骨干网的城际量子通信。
2016年8月，由中国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射，为实现星地一体组网奠定了基础。
下一步，量子通信网络可能基于城域网、骨干网、星地一体组网实现广域量子组网。
随着量子通信技术地不断成熟，量子通信厂家不断增多，会进一步促进量子通信行业的发展，量子通信也将逐渐向广域量子组网的方向迈进。
量子通信主要能力是通过量子通信实现量子密钥分发，为密钥共享提供了一种新的方式，量子通信结合量子密钥安全网关等量子密钥应用产品主要可以满足网络和通信层的信息安全需求，对传统VPN网关类产品等会产生一定的影响，对其他密码产品产生的影响较小。
标准化和生态化将是量子通信发展的必然。目前各量子通信厂家间接口和通信协议并不统一，很难形成合力实现量子通信的发展，标准化和生态化将有助于量子通信的发展。
小型化和移动化。在量子通信网络组网技术不断成熟的前提下，仅靠量子通信组网难以满足量子通信产业地长久发展，瞄准小型化和移动化，量子通信将会有更多的市场空间支撑量子通信的发展。
相信在国家政策的大力支持下，随着量子通信技术、组网技术地不断成熟，量子通信会有进一步的发展。目前的量子通信（量子密钥分发）提供了一种新的方式来实现密钥共享，其安全性依赖于物理原理而不是传统的数学和计算复杂性理论。量子通信（量子密钥分发）不是现代密码学的替代品，不会产生颠覆性作用，而是对现代密码学体系的一种有益补充。（来源：中孚信息北京研究院：齐宝富）