隨著信息技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)密碼學面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。量子計算的出現(xiàn)更是讓現(xiàn)有的密碼體系面臨被破解的潛在威脅。在全球量子信息技術蓬勃發(fā)展的浪潮中，作為國內領先的信創(chuàng)和信息安全芯片企業(yè)，國芯科技正以前瞻性的戰(zhàn)略布局和扎實的技術積累，初步構建出量子技術生態(tài)圈，并在量子安全領域展現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。
一、量子信息技術：顛覆傳統(tǒng)的信息處理新范式
量子信息技術是以量子力學原理為基礎的一種實現(xiàn)信息感知、計算和傳輸?shù)娜滦畔⑻幚矸绞?。量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領域，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)典信息技術的潛力。
與傳統(tǒng)的基于馮諾依曼體系架構的計算不同。量子計算使用量子比特（qubit）。在當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。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。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。
量子通信利用量子疊加態(tài)或糾纏效應，在經(jīng)典通信輔助下實現(xiàn)密鑰分發(fā)或信息傳輸，理論層面具有可證明安全性。而量子密碼技術是量子通信安全的核心技術，是量子通信技術的基礎。量子密碼技術是指利用量子態(tài)作為信息加密和解密的核心技術，通過利用量子態(tài)生成和分發(fā)加密密鑰來確保密鑰的安全性。由于量子通信具有理論上不可破解的安全性，因而在保護敏感信息方面具有重要意義。目前基于量子密鑰分發(fā)（QKD）和量子安全直接通信（QSDC）等方案的量子保密通信已初步實用化。
QKD技術已成熟落地，市場規(guī)模有望快速增長
量子密鑰分發(fā)(Quantum key distribution, QKD) 是基于量子力學基本原理，并結合“一次一密”的加密方式在通信用戶之間傳輸密鑰，是目前發(fā)展最為成熟的量子通信技術，能夠與現(xiàn)有的光通信、大數(shù)據(jù)、云計算等新型技術進行融合互補，打造服務多種行業(yè)，開放靈活、智能互聯(lián)的量子生態(tài)體系。
QKD產(chǎn)品技術發(fā)展已較為成熟，目前主要集中在產(chǎn)品的升級迭代，以提升性能、優(yōu)化價格應用競爭力、縮小整機尺寸、用戶友好性和產(chǎn)品的可擴展性等方面。QKD產(chǎn)品是網(wǎng)絡安全領域中一種補充和增強的手段。QKD產(chǎn)品的發(fā)展方向將更多地關注于不同領域的深度融合，為安全通信提供更為全面和創(chuàng)新的解決方案。隨著技術的不斷成熟和市場對高度安全性的需求增加，QKD作為一種補充手段將在網(wǎng)絡安全領域發(fā)揮越來越重要的作用。
國防軍事領域是QKD當前最主要的應用市場，但未來隨著QKD技術的提升和市場對QKD技術的認可，其他行業(yè)應用規(guī)模的增加。2023年全球QKD產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為9億美元。隨著全球經(jīng)濟的增長，QKD的應用場景逐漸清晰與增多等驅動因素，預計未來幾年將是QKD行業(yè)快速增長階段。根據(jù)機構預測，到2030年，預計產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到76.8億美元。
QRNG應用領域廣泛，發(fā)展?jié)摿薮?/strong>
量子隨機數(shù)發(fā)生器(Quantum Random Number Generator, QRNG) 是一種利用量子力學原理生成真隨機數(shù)的器件，是迄今為止唯一在理論上可證的真隨機數(shù)發(fā)生器，是信息安全系統(tǒng)中理想的密鑰源。
目前，QRNG在各個領域都有應用，包括汽車、手機、物聯(lián)網(wǎng)以及其他市場。在汽車行業(yè)，QRNG芯片用于安全通信和加密，增強車輛網(wǎng)絡安全。手機也受益于QRNG芯片，可確保安全交易并保護用戶敏感數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)和邊緣設備領域，QRNG為通過互連設備傳輸?shù)年P鍵信息提供安全保障。
2023年，全球QRNG產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為8,000萬美元。未來，QRNG將會在金融服務、醫(yī)療保健和國防等多個行業(yè)中不斷整合，在這些領域中對安全通信、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)字交易的需求將為QRNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造豐富的機會，推動QRNG市場規(guī)模增長。預計到2030年，QRNG產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到34億美元。
量子安全事關重大，各國支持政策頻出
由于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，量子技術對于國家戰(zhàn)略意義不言而喻。因此量子信息技術的發(fā)展與應用已成為大國間開展科技、經(jīng)濟等領域綜合國力競爭，維護國家技術主權與發(fā)展主動權的戰(zhàn)略制高點之一，亦是國家戰(zhàn)略的重要組成部分。世界各國先后推出量子信息相關領域的支持政策。截至2023年底，全球有29個國家和地區(qū)制定和推出了量子信息領域的發(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。
以 2018 年歐盟“量子旗艦計劃”和美國《國家量子倡議（NQI）》法案為重要標志，近年來各國在量子信息領域的規(guī)劃布局持續(xù)加速。2023年6個國家相繼發(fā)布量子信息相關國家戰(zhàn)略和投資規(guī)劃，計劃投資總規(guī)模達到67億美元?？傮w而言，量子信息領域的國際科技競爭正日趨激烈。
此外，美國也通過一系列法案限制中國量子技術的發(fā)展。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，美國簽署對華投資限制行政令，聚焦量子計算、半導體、人工智能三大領域。
國內近年來也陸續(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，具有風向標意義。2022年12月和2023年2月的兩次中央經(jīng)濟工作會議上，會議均強調要加快量子計算等前沿技術研發(fā)和應用推廣。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、生命科學等新賽道，開展“人工智能+”行動。另外，地方上去年也共有22個省及直轄市發(fā)布了支持量子發(fā)展的相關政策。
二、國芯科技在量子安全領域的布局
基于自身全面掌握的嵌入式CPU微架構設計技術，以及在開源指令架構下研發(fā)出的豐富的CPU IP核，國芯科技長期致力于“云-邊-端”系列化自主可控高安全高性能芯片體系構建。經(jīng)過20年的努力，國芯科技已成為國內領先的信創(chuàng)和信息安全芯片及模組研發(fā)企業(yè)，在云安全芯片和端安全芯片的部分細分市場如云和服務器高性能安全芯片、金融POS機芯片、指紋識別芯片等領域占據(jù)了國內頭部份額。
厚積薄發(fā)，量子安全產(chǎn)品線已具規(guī)模
在多年的積淀與發(fā)展后，國芯科技已經(jīng)在信創(chuàng)和信息安全領域構筑出一個堅實的基礎，這個基礎不僅包括了一系列成熟的安全產(chǎn)品，還涵蓋了對具體應用領域的深刻理解以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的深切思考。因此，國芯科技是國內較早開展量子技術合作，將信創(chuàng)和信息安全芯片與量子技術進行結合的公司之一。
早在2022年，國芯科技便與參股公司合肥硅臻合作，基于國芯科技的CCP903T高性能密碼芯片與合肥硅臻QRNG25SPI量子隨機數(shù)發(fā)生器模組，成功研發(fā)了一款高速量子密碼卡。
交加累積，重疊增益。國芯科技充分發(fā)揮在芯片和模組設計方面的長處，依靠自身及合作伙伴的具備卓越專業(yè)素養(yǎng)和豐富實戰(zhàn)經(jīng)驗的研發(fā)團隊，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能終端等領域持續(xù)開展量子安全芯片及模組的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，不斷推進信創(chuàng)和信息安全芯片和模組迭代升級。
今年8月份，國芯科技剛進行了量子安全模組產(chǎn)品的“上新”，推出的量子安全UKEY、量子安全PCI-E密碼卡，量子安全mini PCI-E密碼卡等產(chǎn)品，可適用于PKI認證、數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)（實時）加解密等場景，在電力、金融、交通、教育、醫(yī)療等領域有廣泛的應用前景。
11月8日，國芯科技發(fā)布公告，披露最新的量子安全芯片A5Q與量子密碼卡CCUPH3Q03內部測試成功。根據(jù)公告，量子安全芯片A5Q可應用于量子安全類智能終端和設備（如智能手機、對講機、智能電表、視頻攝像頭等），結合量子安全技術賦能傳統(tǒng)密碼體系，助力各類智能終端產(chǎn)品信息安全技術的全面升級。量子密碼卡CCUPH3Q03則是基于國芯科技CCP907T高性能密碼芯片和合肥硅臻的量子隨機數(shù)發(fā)生器芯片推出的一款高速量子密碼卡，按照國家密碼管理局三級密碼模塊認證要求進行設計，已獲得獲得國家密碼管理局商用密碼產(chǎn)品認證證書，可廣泛應用于密碼機、簽名/驗證服務器、安全網(wǎng)關/防火墻等安全設備以及金融、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、可信計算和國家重大需求等云安全應用領域。
據(jù)了解，三級密碼卡具有更強的物理安全機制，具有防拆卸、防鉆孔探測的安全屏蔽蓋，具有基于身份的鑒別機制，提供非入侵式攻擊緩解技術的有效性證據(jù)和測試方法，有效防止電壓、溫度超出模塊正常運行范圍對密碼模塊安全性的破壞，具有更高的安全性。
在上述產(chǎn)品中，國芯科技均采用參股公司合肥硅臻芯片技術有限公司研發(fā)的量子隨機數(shù)發(fā)生器進行設計。目前，國芯科技的量子安全芯片產(chǎn)品已實現(xiàn)對外供貨，向國內量子信息安全領域的多家廠商開展產(chǎn)品銷售，包括中電信量子、問天量子和合肥硅臻等。
相與有成，構建量子技術生態(tài)圈
除了豐富的量子安全產(chǎn)品線，國芯科技也持續(xù)著力構建量子技術生態(tài)圈。公司已經(jīng)與量子領域的知名企業(yè)安徽問天量子及參股公司合肥硅臻分別組建了量子芯片聯(lián)合實驗室。依托上述兩個量子芯片聯(lián)合實驗室，公司與合作伙伴在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、先進存儲、智能終端等領域，聯(lián)合開展量子芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，實現(xiàn)了信創(chuàng)和信息安全芯片迭代升級。
在此基礎上，2024年國芯科技先后又與國信量子、圖靈量子、之江量子和信安世紀等多家行業(yè)內領先企業(yè)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，并進行了密切的技術合作。
之江數(shù)安量子基于國芯科技和合肥硅臻合作開發(fā)的量子加密板卡，推出了全新純國產(chǎn)量子服務器密碼機，從CPU、內存、硬盤、網(wǎng)卡、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、管理軟件到整機全國產(chǎn)化，是純國產(chǎn)化的量子服務器密碼機。該產(chǎn)品已于今年4月15日通過國家密碼管理局商用密碼檢測中心檢測，產(chǎn)品密碼安全等級為二級，可用在等保三級及以內應用場景，適用于政務、電力、交通、醫(yī)療、教育、運營商、能源石油石化等行業(yè)。
圖靈量子與國芯科技合作，以國芯科技的PCI-E密碼卡和圖靈量子的全電量子隨機數(shù)為基礎，打造了量子加密網(wǎng)關、量子服務器密碼機和量子密鑰管理系統(tǒng)，可以為客戶提供完整的量子安全應用解決方案。該方案可望在安防、通信、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領域得到應用。
隨著國內信息安全以及量子安全企業(yè)進一步加強在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用的協(xié)同，國內有望在近期實現(xiàn)更多量子安全產(chǎn)品的落地，不斷提升公眾、企業(yè)及國家應對復雜安全環(huán)境的能力。大木百尋，根積深也；滄海萬仞，眾流成也。國芯科技正通過切實提高自身國產(chǎn)量子密碼技術產(chǎn)業(yè)鏈應用的核心競爭力，以澎湃的熱情和堅定的決心，為數(shù)字化時代里的安全需求構筑更堅實的防線。