2024年政府工作報告中將“大力推進現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”列為任務(wù)首位，而量子技術(shù)作為新質(zhì)生產(chǎn)力中未來產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在政府工作報告中被兩次提及：一是在2023年工作回顧中提到，量子技術(shù)等前沿領(lǐng)域創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，肯定了產(chǎn)業(yè)取得的成績;二是在制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中提到，開辟量子技術(shù)等新賽道。

　　2024年，國家發(fā)展改革委修訂發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2024年本)》，在聚焦基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性關(guān)鍵領(lǐng)域的鼓勵類目錄中，列入“量子通信設(shè)備“以及“量子、類腦等新機理計算機系統(tǒng)研究與制造”。作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，在政策引導(dǎo)下，我國量子信息產(chǎn)業(yè)有望得到快速推進。

　　蘇州國芯科技股份有限公司(以下簡稱“國芯科技”，證券代碼688262.SH)長期致力于“云-邊-端”系列化自主可控高安全、高性能信息安全芯片體系構(gòu)建，經(jīng)過多年的努力，已成為國內(nèi)領(lǐng)先的信創(chuàng)和信息安全芯片及模組研發(fā)和供應(yīng)廠家。同時，國芯科技也是國內(nèi)較早開展量子技術(shù)合作，將量子技術(shù)與信創(chuàng)和信息安全芯片進行結(jié)合的公司之一。技術(shù)研發(fā)的提前布局，為國芯科技抓住量子技術(shù)發(fā)展機遇和未來發(fā)展筑下了行穩(wěn)致遠的基礎(chǔ)。

　　量子霸權(quán) 全球科技競爭背景下的技術(shù)高點

　　量子信息技術(shù)是以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)的一種實現(xiàn)信息感知、計算和傳輸?shù)娜滦畔⑻幚矸绞?。與傳統(tǒng)的基于馮諾依曼體系架構(gòu)的計算不同。量子計算使用量子位(qubits)，在當(dāng)前的信息處理計算過程中，可以取"0"和"1"兩個值的比特進行計算，但是作為量子計算機基本元素的量子比特是可以實現(xiàn)"0"和"1"的任意組合疊加。如準(zhǔn)備N個量子比特，2的N次方可以表示一個狀態(tài)的疊加，通過增加量子比特的數(shù)量，疊加態(tài)的數(shù)量呈指數(shù)增長。通過對大量的疊加態(tài)進行計算，可以實現(xiàn)大規(guī)模并行計算，這是量子計算機加速的一個因素條件。此外，量子計算機還利用量子比特的波的特性，通過量子比特之間的相位干涉效應(yīng)，從大規(guī)模并行計算的結(jié)果中找出所需的解。因此，量子計算機在理論上能夠以傳統(tǒng)計算機無法比擬的速度解決某些問題。量子信息技術(shù)在提升計算困難問題運算處理能力、加強信息安全保護能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經(jīng)典信息技術(shù)的潛力。

　　量子霸權(quán)，也稱為量子優(yōu)勢，這一概念由美國理論物理學(xué)家John??Preskill于2011年提出，是指量子計算機在計算能力方面超越所有經(jīng)典計算機的性能。譬如，2020年中國的76個光子的量子計算機原型機“九章”，當(dāng)求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，“九章”只需200秒，而當(dāng)時世界最快的超級計算機“富岳”需6億年;當(dāng)求解100億個樣本時，“九章”只需10小時，而“富岳”需1200億年。2023年10月，中國成功構(gòu)建了255個光子的量子計算原型機“九章三號”，再度刷新了光量子信息的技術(shù)水平和量子計算優(yōu)越性的世界紀(jì)錄。

　　鑒于量子信息技術(shù)相對于經(jīng)典計算機的巨大優(yōu)勢，量子信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用已成為大國間開展科技、經(jīng)濟等領(lǐng)域綜合國力競爭，維護國家技術(shù)主權(quán)與發(fā)展主動權(quán)的戰(zhàn)略制高點之一，亦是國家戰(zhàn)略的重要組成部分。美國國會2018年通過《國家量子行動計劃》，計劃五年投資12.75億美元支持量子科技研究與應(yīng)用。2021年11月，美國將我國三家量子科技企業(yè)列入實體清單。2023年8月，拜登簽署對華投資限制行政令，聚焦半導(dǎo)體、量子計算、人工智能三大領(lǐng)域。截至2023年10月，29個國家和地區(qū)制定和推出了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃或法案文件，據(jù)公開信息不完全統(tǒng)計的投資總額已超過280億美元。

　　而國內(nèi)近年來也陸續(xù)出臺了多項政策，鼓勵量子科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新。2016年 8 月，國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》在“科技創(chuàng)新 2030??重大項目”中，“量子通信與量子計算機”為名列第三的重大科技項目。在歷屆兩會中，“量子信息、量子科技”出現(xiàn)次數(shù)越來越多，具有風(fēng)向標(biāo)意義。2022年12月和2023年2月的兩次中央經(jīng)濟工作會議上，會議均強調(diào)要加快量子計算等前沿技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。2024年3月，國家發(fā)展和改革委員會主任鄭柵潔在2024年的中國發(fā)展高層論壇年會上提及，加快布局未來產(chǎn)業(yè)，開辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，開展“人工智能+”行動。

　　應(yīng)對安全挑戰(zhàn) 量子通信應(yīng)用前景廣闊

　　目前量子信息技術(shù)主要有三個研究領(lǐng)域：量子通信、量子計算和量子精密測量。其中量子通信是目前量子科技中產(chǎn)業(yè)落地相對成熟的一支。

　　根據(jù)咨詢機構(gòu)ICV報告《2024??量子通信與安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望》，預(yù)計到2030年全球量子通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到196億美元，擁有廣闊的市場前景。其中后量子密碼(Post Quantum??Cryptography，簡稱PQC)市場預(yù)計為86億美元，年復(fù)合增長率為89%。從行業(yè)來看，預(yù)計到2030年，量子通信應(yīng)用占比較高的分別為國防軍事、金融、電力、鐵路等。

　　量子計算硬件、軟件與量子算法研究的不斷進展，使現(xiàn)有的通信安全機制面臨著來自量子計算的巨大威脅與挑戰(zhàn)。當(dāng)前經(jīng)典密碼算法大量應(yīng)用于國家保密系統(tǒng)和大型國防裝備，隨著量子計算的快速發(fā)展，現(xiàn)代密碼學(xué)基于大整數(shù)分解、離散對數(shù)問題設(shè)計的公鑰密碼或會被直接攻破，威脅到國家安全。因此，如何應(yīng)對量子計算機對通信網(wǎng)絡(luò)安全帶來的影響，加強后量子密碼等安全技術(shù)研究，是需要深入研究和解決的問題。

　　量子通信不是要替代經(jīng)典通信方式，而是通過在經(jīng)典通信中使用量子密鑰以提升通信安全性。量子通信目前主要的應(yīng)用包括后量子密碼(PQC)、量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)等方向。

　　后量子密碼(PQC)，也稱抗量子密碼(Quantum-resistant??cryptography)，說的都是一個意思，是能夠抵抗量子計算機對現(xiàn)有密碼算法攻擊的新一代密碼算法。所謂“后”，是因為量子計算機的出現(xiàn)，現(xiàn)有的絕大多數(shù)公鑰密碼算法(RSA、Diffie-Hellman、ECC等)能被足夠大和穩(wěn)定的量子計算機攻破，所以可以抵抗這種攻擊的密碼算法可以在量子計算和其之后時代存活下來。

　　歐美在PQC產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)加快推進。2022年5月，拜登政府發(fā)布行政令116，提出在2035年前，由國家安全局(NSA)和國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)負責(zé)及時完成美國國家信息系統(tǒng)的后量子密碼(PQC)升級遷移。2023??年7月，美國電信公司沃達豐與Sandbox AQ合作，為智能手機測試基于量子安全的虛擬私人網(wǎng)絡(luò)(VPN)。

　　國芯科技作為國內(nèi)領(lǐng)先的信創(chuàng)和信息安全芯片及模組研發(fā)企業(yè)，在后量子密碼(PQC)領(lǐng)域已有所布局。在后量子密碼(PQC)方向，公司加強后量子密碼(PQC)方面的密碼工程化實現(xiàn)技術(shù)研發(fā)，包括高性價比的后量子密碼算法IP研發(fā)、后量子密碼抗側(cè)信道攻擊和防護技術(shù)研究以及相應(yīng)IP研發(fā)。公司預(yù)計在2024年內(nèi)完成支持后量子密碼算法的高端SoC芯片設(shè)計驗證工作??。

　　前瞻布局QRNG 國芯科技創(chuàng)新未來可期

　　量子通信目前另外一個主要應(yīng)用方向為量子隨機數(shù)發(fā)生器(Quantum Random Number Generation，簡稱QRNG)。

　　量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)基于量子“不確定性”原理，通過測量量子態(tài)的隨機塌縮獲得“真隨機數(shù)”。與通過算法產(chǎn)生的“偽隨機數(shù)”相比，量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)產(chǎn)生的隨機數(shù)具有不可預(yù)測性;與通過“擲骰子”等無序行為產(chǎn)生的物理隨機數(shù)相比，量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)產(chǎn)生的隨機數(shù)具有更嚴(yán)格清晰的隨機性度量。因此量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)是一種理想的密鑰資源，非常適用于本地信息加密。

　　量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在5G/6G時代，大量的移動設(shè)備都可以使用量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)來增加安全性。三星公司已經(jīng)連續(xù)三年推出帶有QRNG芯片的量子5G手機。LG公司也已經(jīng)開始了量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)智能駕駛的應(yīng)用測試研究。在汽車行業(yè)，量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)芯片可用于安全通信和加密，增強車輛網(wǎng)絡(luò)安全。在物聯(lián)網(wǎng)和邊緣設(shè)備領(lǐng)域，量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)可以為通過互連設(shè)備傳輸?shù)年P(guān)鍵信息提供安全保障。根據(jù)ICV報告，預(yù)計到2030年，全球量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)市場將達到34億美元，年復(fù)合增長率71%。

　　該方向也是國芯科技的重點布局。近年來，公司分別與安徽問天量子科技股份有限公司(以下簡稱“問天量子”)和合肥硅臻芯片技術(shù)有限公司(以下簡稱“合肥硅臻”)組建了量子芯片聯(lián)合實驗室，圍繞著量子隨機數(shù)發(fā)生器、量子密鑰分發(fā)等量子技術(shù)和傳統(tǒng)芯片、智能終端行業(yè)的有機結(jié)合，開發(fā)適于“量產(chǎn)”的量子安全智能終端可用芯片及設(shè)備。

　　2022年7月，國芯科技與參股公司合肥硅臻合作成功研發(fā)的量子密碼卡產(chǎn)品問世。該產(chǎn)品是基于公司CCP903T高性能密碼芯片和合肥硅臻QRNG25SPI量子隨機數(shù)發(fā)生器模組設(shè)計的一款高速量子密碼卡。該量子密碼卡遵循國家密碼管理局關(guān)于PCI密碼卡的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，具備PCIE、USB??OTG和UART等硬件接口，可廣泛應(yīng)用于密碼機、簽名/驗證服務(wù)器、安全網(wǎng)關(guān)/防火墻等安全設(shè)備，以及金融、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、可信計算和國家重大需求等領(lǐng)域，目前已有多個客戶在實際使用。

　　2023年5月，國芯科技全資子公司天津國芯科技有限公司和問天量子等簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，各方合作成立量子芯片聯(lián)合實驗室。依托于該聯(lián)合實驗室，國芯科技和問天量子等將共同開展量子密碼芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。近年來，國芯科技和問天量子積極合作，已成功地將量子隨機數(shù)發(fā)生器、量子密鑰等技術(shù)植入信息安全產(chǎn)品，先后向業(yè)界推出了量子密碼卡、量子安全TF卡和量子U盾等量子信息安全產(chǎn)品，并獲得市場初步應(yīng)用。

　　2023年10月，合肥硅臻自主研發(fā)的新一代量子隨機數(shù)發(fā)生器芯片“QRNG-10”內(nèi)部測試成功，該芯片外部尺寸只有4×4毫米，是目前國內(nèi)公開報道的最小尺寸QRNG芯片，國芯科技配合開展了光后處理電路的研發(fā)。該芯片目前已經(jīng)通過了國家密碼管理局商用密碼檢測中心的密碼檢測。國芯科技和合肥硅臻于2024年一季度簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方組建智能終端量子安全芯片聯(lián)合實驗室，基于國芯科技系列化智能終端信息安全芯片和硅臻量子隨機數(shù)發(fā)生器芯片QRNG-10聯(lián)合發(fā)展智能終端量子安全芯片技術(shù)和產(chǎn)品，共同打造中國智能終端量子安全芯片新技術(shù)、新產(chǎn)品。

　　在量子安全TF卡以及量子安全U盤key方面，該產(chǎn)品用來存儲量子會話密鑰。量子會話密鑰為一次性對稱加密密鑰，高頻次的密鑰更新，需要預(yù)先在安全TF卡內(nèi)存儲大量的量子會話密鑰。量子安全TF卡以及量子安全U盤key可以提供4~32G的存儲容量，具有經(jīng)權(quán)威機構(gòu)認證的鑒權(quán)機制來保護密鑰的安全，易于插拔使用，是一種低成本的量子密鑰分發(fā)和實施方案。國芯科技上述多款量子安全芯片及模組已經(jīng)實現(xiàn)銷售，同時被中電信量子和問天量子等多家量子領(lǐng)域的頭部企業(yè)實際采用。

　　在這個量子技術(shù)迅猛發(fā)展的時代，國芯科技的前瞻性布局和創(chuàng)新成果展示了企業(yè)的技術(shù)實力。隨著政府對現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)的重視和對新質(zhì)生產(chǎn)力的推動，量子信息技術(shù)的應(yīng)用和研究將進一步加速。國芯科技在量子安全通信領(lǐng)域有關(guān)產(chǎn)品的突破，不僅提升了我國信息安全保護方面的技術(shù)水平，也為公司未來的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

來源/咸寧新聞網(wǎng)