量子信息颠覆性科技创新
量子调控和量子信息技术的迅猛发展标志着“第二次量子革命”的兴起。量子信息技术成为世界科技的前沿，更是大国发展战略竞争和博弈的焦点，量子信息已成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，在量子信息技术的驱动下，未来信息社会形态将因此发生越来越多的改变，量子信息成为信息、能源、材料和生命等领域重大技术创新的源泉，为保障国家安全和支撑国民经济高质量发展提供核心战略发展力量。
中共中央政治局2020年10月16日就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新是其中一个关键变量。我们要于危机中育先机、于变局中开新局，必须向科技创新要答案。要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。[18]
“十四五”是承上启下实现量子信息科技深化发展、快速突破的关键时期。习近平总书记指出，“量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向”[19]。中国正在从一个经典信息技术时代的跟踪者、模仿者转变为一个量子信息技术的引领者。
中国量子计算原型机“九章”诞生
2020年12月4日，由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。
根据目前最优的经典算法，“九章”对高斯玻色取样的处理速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快100万亿倍，等效地比谷歌2020年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。同时，通过高斯玻色取样证明的量子计算优越性不依赖于样本数量，克服了谷歌53比特随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。“九章”输出量子态空间规模达到了1030（“悬铃木”输出量子态空间规模是1016，目前全世界的存储容量是1022）。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑——量子计算优越性（国外也称之为“量子霸权”）。
可编程硅基光量子计算芯片研究登上Science
继潘建伟团队的“九章”率领中国率先实现量子计算优越性后，中国国防科技大学计算机学院QUANTA团队联合军事科学院、中山大学等国内外单位，研发出了新型可编程硅基光量子计算芯片，可实现多种图论问题的量子算法求解，未来有望在大数据处理等领域获得应用。
研究人员在292个不同图像上，均实现了对100个量子漫步的时间步骤模拟，这为传统上难处理的应用打开了通往大规模可编程量子步态处理器的道路。这款新型芯片采用CMOS兼容硅光子学方式制造，具备大规模生产潜力，未来或可用于实现量子信息处理和量子模拟，为解决数据库搜索、图同构问题提供量子加速。
量子信息
量子信息技术是量子力学与信息科学融合的新兴交叉学科，它的诞生标志着人类社会将从经典技术迈进量子技术的新时代。在量子力学的诸多原理中，叠加、测量、纠缠三大违反宏观世界认知的奥义对量子信息的研究起到了决定性作用，量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。量子信息技术已经成为信息通信技术演进和产业升级的关注焦点，在未来国家科技发展、新兴产业培育、国防和经济建设等领域，将产生基础共性乃至颠覆性重大影响。
量子通信是利用量子比特作为信息载体来进行信息交互的通信技术。量子通信有两种最典型的应用，分别是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议在遥远地点的通信双方共享密钥。量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听，从而可在原理上实现无条件安全的量子保密通信。量子隐形传态是指利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态（量子信息），而不用传输这个微观粒子本身。量子隐形传态可以连接量子信息处理单元来构建量子网络，同时也是远距离量子密钥分发所需的量子中继的重要环节，因此，国际学术界将量子密钥分发和量子隐形传态统称为量子通信。量子密钥分发是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。
量子计算具有强大的并行计算和模拟能力，可为人工智能、密码分析、气象预报、资源勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供解决方案。量子计算机的计算能力随可操纵的粒子数呈指数级增长，一台操纵50个粒子的量子计算机，对特定问题的计算能力就可超过目前最快的超级计算机。量子计算机一旦研制成功，将对基于计算复杂度的经典信息安全体系带来巨大冲击；而量子保密通信的安全性基于物理学原理，与计算复杂度无关，即使是量子计算机也无法破解。利用量子状态对环境的高度敏感，可以对时间、位置、加速度、电磁场等物理量实现超越经典技术极限的量子精密测量，大幅度提升卫星导航、水下定位、医学检测和引力波探测等的准确性和精度。例如，利用目前最好的传统自主导航技术，水下航行100天后定位误差达数百公里，需定期上浮用卫星修正；而利用原子干涉重力仪、原子陀螺仪等量子自主导航技术，水下定位精度可大幅提升至100天误差小于公里量级，不需要卫星修正。[20]
中国量子信息新优势
我国高度重视量子信息科技的发展，在量子信息科技领域突破了一系列重要科学问题和关键核心技术，产出了一批具有重要国际影响力的成果。党的十九大报告指出，“墨子、大飞机等重大科技成果相继问世”；“墨子号”量子卫星和光量子计算原型机，在2017年和2018年新年贺词中分别提到；仅近7年来，量子科技相关成果就3次获得国家自然科学一等奖。总体而言，中国在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位，在量子计算方面与发达国家处于同一水平，在量子精密测量方面发展迅速。中国的城际量子通信技术已满足实用化要求，自主研制的量子通信装备已经为党和国家的重要活动提供了信息安全保障。
在城际量子通信方面，中国建成了国际上首条远距离光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”，在金融、政务、电力等领域开展远距离量子保密通信的技术验证与应用示范。在卫星量子通信方面，中国研制并发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。“墨子号”量子卫星在国际上率先实现了星地量子通信，首次实现了洲际量子通信，充分验证了基于卫星平台实现全球化量子通信的可行性。习近平总书记指出，要“统筹基础研究、前沿技术、工程技术研发，培育量子通信等战略性新兴产业，抢占量子科技国际竞争制高点，构筑发展新优势”[21]。
根据相干操纵量子比特的规模，量子计算有以下发展阶段：第一个阶段是实现“量子优越性”，即量子计算机对特定问题的计算能力超越传统超级计算机，达到这一目标需要约50个量子比特的相干操纵。美国谷歌公司已在2019年率先实现“量子优越性”。第二个阶段是实现专用量子模拟机，即相干操纵数百个量子比特，应用于组合优化、量子化学、机器学习等特定问题，指导材料设计、药物开发等。达到该阶段需要5年至10年，是当前的主要研究任务。第三个阶段是实现可编程通用量子计算机，即相干操纵至少数百万个量子比特，能在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。
我国在光量子体系实现了首个超越早期经典计算机能力的光量子计算原型机，将在近期实现超越谷歌的“量子优越性”；在超导体系近期也有望实现超越谷歌的“量子优越性”；在超冷原子体系，中国目前整体上与欧美发达国家处于并跑状态，在规模化原子纠缠的制备与操纵，对自旋轨道耦合、超冷分子反应等的量子模拟方面取得了系列重要成果，为解决若干经典计算机难以胜任的复杂问题奠定了基础。离子、硅基量子点等物理体系同样具有多比特扩展和容错性的潜力，也是目前国际量子计算研究的热点方向。[22]
大国博弈量子信息
目前，量子科技已进入到深化发展、快速突破的历史新阶段，迫切需要多学科的密切交叉以及各项关键技术的系统集成。欧美发达国家的政府、科研机构和产业资本正在加速进行战略部署，大幅度增加研发投入，对我国取得的局部领先优势发起强烈冲击。
2018年12月，美国启动了为期10年的“国家量子行动法案”，在2019—2023年期间增加投入约13亿美元，连同其他常规性投入，5年政府投入达30亿美元；美国还将在2022年之前把量子科技的研发资金增加一倍，以确保美国的全球领导地位；欧盟于2018年10月正式实施“量子技术旗舰项目”，连同各成员国的配套，总经费超过40亿欧元；英国于2016年启动“国家量子技术专项”，迄今为止总投入已超过10亿英镑；2018年9月，德国政府通过“量子技术：从基础到市场”国家量子技术框架计划，在2018—2022年内投入6.5亿欧元，在新冠肺炎疫情后又追加了20亿欧元。
谷歌于2013年与美国国家航天局、加州大学圣芭芭拉分校联合成立了量子人工智能实验室；IBM于2014年宣布未来5年投资30亿美元开展量子计算等下一代计算技术开发；微软于2014年与哈佛大学、玻尔研究所等组建量子设计与量子计算研究中心；英特尔于2016年宣布与荷兰代尔夫特理工大学合作开发新型量子计算机。值得指出的是，由于量子计算机研发存在一定的不确定性，我国企业对这一领域的投入热情相比美国明显不足。
2017年，美国商务部将“专门设计（或改造）以用于实现或使用量子密码”的商品明确列入出口管制清单；美国商务部于2018年11月开始管制14项涉及国家安全和前沿科技的技术出口，其中包括量子密码、量子计算及量子传感。其他一些北约国家也开始将相关关键设备和器件列入对我国禁运范围。[23]
2020年2月20日，美国白宫国家量子协调办公室发布了《美国量子网络战略愿景》，提出美国将开辟量子互联网，确保量子信息科学（QIS）惠及大众。根据文件的描述，量子互联网是一张由量子计算机和其他量子设备组成的庞大网络，它将催化出许多新兴技术，从而加速现有互联网的发展，提供通信安全，并使计算技术发生巨变。(https://www.daowen.com)
量子信息国际话语权
为应对量子科技领域激烈的国际竞争，牢固掌握未来的发展主动权和创新主动权，党中央高度重视该领域的资源整合和协同创新，在“十四五”规划中明确指出，要瞄准量子信息等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。我国量子领域未来10年到15年的总体发展目标如下。
在量子通信方面，继续保持和扩大我国的领跑优势，构建完整的空地一体广域量子通信网络技术体系，实现量子通信网络和经典通信网络的无缝衔接，为形成具有国际引领地位的战略性新兴产业和下一代国家信息安全生态系统奠定基础。
在量子计算方面，确立和巩固我国在全球第一方阵的地位，有效解决大尺度量子系统的效率问题，研制对特定问题的求解能力全面超越经典超级计算机的专用量子模拟机，并为最终实现通用量子计算机探索出一条切实可行的道路。
在量子精密测量方面，力争进入国际先进水平行列，突破与导航、环境监测、医学检验、科学研究等领域密切相关的一系列量子精密测量关键技术，研制一批重要的量子精密测量设备。
综上所述，以量子信息为主导的第二次量子革命正在向我们走近，它给了我国一个从经典信息技术时代的跟随者和模仿者转变为未来信息技术引领者的历史机遇。在国际上率先掌握能够形成先发优势、引领未来发展的颠覆性技术，率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系，推动我国的信息技术和产业核心竞争力实现跨越式提升，迅速赶超世界传统强国，实现“弯道超车”，是我国量子科技领域的重要使命。[24]
量子计算超级功能
首先是对算力的提升：量子计算的核心优势是可以实现高速并行计算。在计算机科学中，无论是经典计算还是量子计算，它们的计算功能的实现都可以分解为简单的逻辑门的运算，包括：“与”门，“或”门，“非”门，“异或”门等。简单来讲，每一次逻辑门的运算（以下简称操作）都要消耗一个单位时间来完成。经典计算机的运算模式通常是一步步进行的。它的每一个数字都是单独存储的，而且是逐个运算的。所以对4个数字进行同一个操作时，要消耗4单位时间。量子的并行性决定了其可以同时对2n个数进行数学运算，相当于经典计算机重复实施2n次操作。可以看到，当量子比特数量越大时，这种运算速度的优势将越明显。它可以达到经典计算机不可比拟的运算速度和信息处理功能。
其次是降低能耗：量子计算的另一核心优势是低能耗。众所周知，在经典计算机中，能耗是一大技术难题。处理器对输入两串数据的异或操作，而输出结果只有一组数据，计算之后数据量减少了，根据能量守恒定律，消失的数据信号必然会产生热量。但量子计算中，输入多少组数据，输出依旧是多少组数据，计算过程中数据量没有改变，因此计算过程没有能耗。这也就意味着，只有在最后测量的时候产生了能耗。而经典计算在每一个比特的计算过程中都将产生能耗。因而经典计算的集成度越高，散热越困难。随着摩尔定律渐近极限，以后的计算能力的提高只能依靠堆积更多的计算芯片，这将导致更大的能耗。这方面的突破只能依靠量子计算的发展。
受制于摩尔定律的上限、芯片大小的极限、芯片散热等问题，传统计算机在执行某些任务时遇到瓶颈，如大数因数分解、数据库随机搜索。而量子计算中提出的大数质因子（Shor算法）、随机数据库搜索（Grover算法）就很好地解决了这两个问题，能够应用于复杂的大规模数据处理与计算难题。
量子计算机则将用于解决大型分子模拟、寻找大数质因数等经典计算机无法模拟的领域，并在AI计算领域对传统算力进行提升。针对一些传统行业来说，大量研发环节所面临的计算压力已经显现，尤其那些在分子领域进行研发的产业，以现有人类科技的计算能力，所消耗的时间和成本巨大。比较明显的行业是生物制药、化工、能源。还有另外一些本就对计算能力要求较高的科技行业，亦是量子计算实现商业应用的领域。
实验结论表明，每一个量子单元之间都存在并行的必然联系（每有两个量子比特串列，就会作为一个整体动作），你只需要对一个量子比特进行处理，影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。而这一特点，也正是量子计算机能够进行高速运算的关键。
量子通信基本原理
量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式，是近20年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态（传输）的方式实现信息传递。
根据实验验证，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化。事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量（一种操作），则接收方的粒子瞬间发生坍塌（变化），坍塌（变化）为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌（变化）后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
量子通信产业链
量子通信产业链上游主要是信号处理芯片、雪崩光电二极管（APD）等元器件及各类核心设备。国内能够提供核心设备的公司并不多，主要包括国盾量子、问天量子和神州量通。国外厂商主要包括瑞士IDQ公司、美国Bennet公司等。
量子通信产业链中游主要包括网络传输干线提供商和系统集成商。以量子保密通信“京沪干线”技术验证及应用示范项目为例，提供传输干线服务的公司是中国有线电视网络有限公司，提供系统集成服务的公司包括神州数码系统集成服务有限公司（神州信息子公司）、中国通信建设集团有限公司（中国通服子公司）等。
量子通信产业链下游主要是各种行业应用，如金融、军事、政务、商务等领域。提供的产品包括量子电话、基于量子保密技术的IDC、量子白板等。
量子通信应用在密码学
一切秘密寓于密钥之中，密码算法是可以公开的，密钥则必须绝对保密，这样才能确保密码安全。密钥对密码技术来说是如此的重要，正是因为密钥，量子通信才走进了密码学，开始助力信息安全。
密钥的概念最早出现在人类第三代密码技术——维吉尼亚加密法中。维吉尼亚加密法可以理解为用密钥来约定如何进行第二代加密法——字母的“移位和替换”，猜到密钥就是破解之法。之后的第四代密码技术以机械电子时代的“恩尼格玛机”（Enigma）为代表，密钥变化极其复杂，但仍是破解的突破口。随着电子计算机时代的到来，现代密码学迎来了第五代密码技术——魔王加密法（DES），这类加密法是对称加密法，需要加解密双方共享安全的密钥，而没有有效的密钥交换机制仍然是这一代加密法最大的风险。
第六代密码技术是以RSA为代表的非对称加密法，其设计的初衷就是解决密码中安全分发密钥的问题，后来，其发展出了有效的认证、数字签名以及数据完整性检验等一系列新密码技术，成为现在互联网应用的安全基础，并仍在不断地拓展新的形态和应用模式。然而，第六代密码技术的安全性依赖于某些数学难题假设，其面临着可被算力破解的威胁，以量子计算为代表的未来可期的人类超强计算能力正在快速发展。第七代密码技术则被寄予了抵御这一威胁的厚望。
量子物理支撑了量子计算，却也在抗击算力破解方面提供了量子密码。量子密码中目前最成熟的技术当数量子密钥分发，其通过“量子态制备—测量”或是“共享量子纠缠”的量子通信手段，实现空间分离的两用户间安全地分发密钥。这种分发的安全性不受人类计算能力的影响，常被称为信息理论安全性（Information-Theoretic Security）。QKD就是解决密钥分发的问题，在密码学的应用中需要和算法结合使用。在现实应用中，第六代密码技术也不是对第五代的取代，而是作为密钥交换手段与第五代加密法结合使用，而QKD作为新的密钥交换手段与第五代对称密码技术结合使用，这丝毫不会降低它的重要性。
当前，“以量子计算为代表的人类算力威胁现有非对称密码体系”这一判断已经是主要密码技术国家的共识，各国纷纷启动的“抗量子计算”密码研究就是证明。现代互联网及更广义的ICT技术的信息安全对密码技术的需求不仅包括信息的“机密性”，还包括“真实性”“不可抵赖”“完整性”，而后三种需求是目前第六代密码技术——非对称密码技术的强项。第七代密码技术，除了QKD还包括新的非对称密码技术——后量子密码（Post Quantum Cryptography，PQC），它们都需要实现“抵御量子计算破解”的安全性——量子安全（Quantum Security，QS）。QKD和PQC是竞争关系，又各有千秋，应该融合发展。比如QKD安全性不依赖算法，因此原则上无论人类算力发展如何，QKD都能提供长效的安全性，而PQC存在新数学难题仍被未来新的量子计算算法破解的风险；PQC在数字签名方面优势明显，而QKD结合的对称算法很难胜任；对于身份认证的需求，对称算法与非对称算法都有各自的优势，PQC的高效与QKD的长效结合当数最佳。这一观点在国际科研领域、地区和国家科技战略发展计划以及国际上如ETSI等标准化组织中都体现了共识，并正在英国的量子通信枢纽及欧洲的量子通信基础设施研究项目OpenQKD等实用化技术合作平台上进行实践。
信息安全系统涉及方方面面，各项技术发展不是对立、零和博弈、此消彼长的局面。我们需要在一个大的框架下，统筹系统中的各项技术，既协调配合，又不断创新，从而使得系统整体不断提升。QKD技术作为国际热点前沿和我国具有优势的、自主的一项信息安全技术，其获得持续支持而不断进步，符合市场需要和国家科技发展及产业升级的需要。从第五代加密法开始，人类的密码技术由数学推动发展，到了第七代量子安全，密码技术开始由数学和物理学一起推动，进入了新的时代。
量子通信应用在信息安全
量子通信技术是量子信息技术中的重要分支，是利用量子态作为信息载体进行信息交互的通信技术。其特点体现在从三个方面超越现有通信技术的能力：一是信息传输安全。基于量子通信技术我们可实现QKD，其安全性由量子状态的测不准、不可分割、不可复制等物理特性来保障。基于QKD提供的共享对称密钥，结合现代密码算法（SM4、AES等）或者一次性密码本（One-Time-Pad，OTP），可以在信息机密性上发挥作用；结合认证及其他密码算法，还可以在机密性之外的信息真实性和完整性等其他密码需求上发挥作用。二是量子态的传输。基于量子通信技术我们可以实现量子隐形传态，用于有效地传递量子态，这也是现有的通信技术无法替代的，是未来分布式量子计算、分布式量子传感器等应用的实现基础。三是提高信道容量。可以利用量子叠加等信息并行处理特征来设计新的通信编码方式，以期突破现有通信的信道容量极限。目前已有量子超密集编码等理论证明可获得超越经典极限的量子信道容量，但尚未有可实用化的技术落地。这些能力的共性来源于量子通信通过量子态为信息载体，量子态本身的特别之处带来了量子通信和信息处理的一系列优势，从而有别于基于电磁波宏观特性来承载信息的现有通信技术。
“量子互联网”不是对现有互联网的替代，而是为互联网加上新功能的新型基础设施。如果说QKD网络是量子互联网的初级阶段，那么其最终目标将是全量子网络，是以量子隐形传态或量子纠缠交换等技术作为链接，将量子计算机、量子传感器、QKD设备、终端用户等节点连为一体，产生、传输、使用量子资源，面向计算、感知和信息安全的新型网络。其中，信息安全是贯穿量子网络发展始终的核心功能。未来，量子互联网将在量子中继的帮助下实现多用户、远距离的量子纠缠共享，进而可以利用量子纠缠来实现QKD，并实现量子安全应用。
在量子中继技术成熟之前，也就是量子互联网的初级阶段，QKD链路与经典的可信中继技术的结合是目前实现广域可扩展QKD光纤网络的唯一可行方案。其中可信中继的安全性已有相关的安全增强技术及工程要求进行保障，其标准化也是QKD网络标准工作中的重要组成部分。国际标准组织ITU-T、ISO/IEC JTC1、IETF、ETSI等都在开展QKD的标准化工作。2019年10月，国际电信联盟标准化部门（ITU-T）正式发布了首个QKD网络国际标准Y.3800“Overview on networks supporting quantum key distribution”（“支持量子密钥分发的网络综述”）。该标准对QKD网络的概念结构及基本功能进行了描述，并且明确指出“可信中继是目前唯一已知的被广泛应用于远距离QKD光纤网络的解决方案”。基于Y.3800标准建议书达成的国际共识，ITU-T正在抓紧制定与QKD相关的一系列国际标准，包括QKD网络功能要求、安全要求、密钥管理、商业模型、QoS通用要求、QoS保障要求，等等。
近年来，国际上多个国家和地区发布了量子科技发展战略，规划量子互联网发展，并启动了QKD网络的工程实践和应用示范。例如，美国白宫国家量子协调办公室于2020年2月发布的《美国量子网络战略愿景》报告指出：“探索如何建立量子互联网——一个由量子计算机和其他量子设备组成的庞大网络，将促进新技术的发展，加速当今互联网的发展，提高我们的通信安全性，并使计算技术取得巨大进步。”
再如，欧盟委员会于2020年3月发布的《量子旗舰项目战略研究计划》中提到：“实现量子互联网是长期目标，为欧洲公民提供更安全的电信通讯和数据存储、改善医疗保健以及更强的计算能力。”这份报告中明确了量子通信未来3年的路线图，重点包括：针对基于可信中继QKD网络，开发用例和业务模型、经济高效且可扩展的系统、密钥管理和应用接口等软件；研究可信节点网络的网络功能和互操作性；为网络性能、应用、协议和软件开发测试套件；演示和验证QKD、量子随机数等在基础设施、物联网和5G中的应用；等等。此外，欧盟日前发布的研究报告JRC118150“QKD现网实现”中指出，亚洲的中国、日本、韩国，欧洲的奥地利、瑞士、意大利、西班牙、英国、俄罗斯、波兰，北美洲的美国、加拿大，非洲的南非等国，均部署了基于可信中继的QKD试验或商用网络。
量子通信应用在数字“新基建”
在数字“新基建”的关键领域：5G、物联网、工业互联网、卫星互联网、人工智能、云计算、区块链等，QKD作为信息安全保障的有力手段，具有广泛的应用潜力。例如在5G方面，2019年英国量子通信中心联合布里斯托大学，基于英国5G测试网开展了一系列5G+QKD融合技术试验，在5G测试网络中实现了量子安全的多域NFV编排器，以及基于QKD的Inter-DC数据安全传输等安全增强应用；2019年韩国SK电信将QKD技术用于其5G网络（首尔—大田段）的回传数据加密传输，并计划分阶段扩大应用范围。
SK电信还首次实现了将QKD用于5G接入网，保护某车企智慧工厂关键数据传输的应用案例。在卫星互联网领域，基于QKD来实现星地、星间安全通信是极富潜力的解决方案，目前美欧多国将其作为重点方向研发，我国则是目前全球唯一能够实现星地量子通信的国家，处于领先地位，并有望在量子通信融合数字基础设施方面走在世界前列。伴随技术的持续突破而不断升级，量子通信技术奔跑在“量子互联网”的征途上。利用网络上的量子资源，将可以继续充实和拓展量子密码的范畴。学术界已经提出了包括量子安全认证、量子数字签名、量子比特承诺以及量子安全存储等在内的多种量子密码技术理论方案。这些都需要密码学、量子物理、信息通信领域的科研和产业力量紧密合作，催生更新一代的密码技术，更广泛、更有力地支持未来形态的信息安全。
量子通信是量子科技三大方向之一，经过20多年的努力，中国在该领域实现了从跟跑到领跑的重大转变。2016年，中国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”；2017年，建成世界首条量子保密通信干线“京沪干线”。“墨子号”牵手“京沪干线”，中国科学技术大学潘建伟、陈宇翱、彭承志等与中科院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作，构建了全球首个星地量子通信网，整个网络覆盖我国四省三市32个节点，包括北京、济南、合肥和上海4个量子城域网，通过两个卫星地面站与“墨子号”相连，总距离4600公里，目前已接入金融、电力、政务等行业的150多家用户。基于“不可分割”“不可克隆”等量子特性，量子通信被称为“原理上无条件安全”的通信方式，在多领域具有应用前景。星地量子通信网的建成，为未来实现覆盖全球的“量子网”奠定了科技基础，也为相对论、引力波等科学研究，提供了前所未有的“天地实验室”。[25]