電力網(wǎng)絡(luò)帶有專(zhuān)用通信系統(tǒng)，其公共事業(yè)屬性又天然對(duì)安全性形成高要求。中、美目前都在探索量子保密通信與國(guó)家級(jí)電網(wǎng)的結(jié)合。

不過(guò)，電網(wǎng)管理技術(shù)想要充分享受“量子加成”并不容易。除了設(shè)備穩(wěn)定性、集成化、成本等，最大難突破的瓶頸是距離。

隸屬于美國(guó)能源部的橡樹(shù)嶺和洛斯阿拉莫斯兩大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室近日宣布通過(guò)在城市變電站中安置可信節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中三個(gè)量子密鑰分發(fā)（QKD）系統(tǒng)的中繼，在延長(zhǎng)距離上走出了他們的第一步。

據(jù)澎湃新聞了解，中國(guó)從2012年就開(kāi)始探索將量子保密通信技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中。南京南瑞國(guó)盾量子技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng) “南瑞國(guó)盾量子”）技術(shù)人員告訴記者，南瑞國(guó)盾量子與國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)合作開(kāi)展了百公里、懸空光纜等線(xiàn)路上量子保密通信的研究和驗(yàn)證。但電力有一些高壓輸電線(xiàn)路，單跨300公里以上，現(xiàn)在的可信中繼是沒(méi)有部署條件的。

上述技術(shù)人員表示，從量子保密通信設(shè)備供應(yīng)商的角度，需要在可靠性和小型化兩條路線(xiàn)上齊頭并進(jìn)， 盡快滿(mǎn)足電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定和融合部署的要求，同時(shí)降低應(yīng)用成本。

電網(wǎng)+量子保密

電力系統(tǒng)在建設(shè)輸電線(xiàn)路的同時(shí)，往往會(huì)在變電站等落地節(jié)點(diǎn)安裝通信設(shè)備，部署專(zhuān)用的通信網(wǎng)絡(luò)。電網(wǎng)信息有著或高或低的安全要求，比如重要設(shè)施的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、省市電力配送數(shù)據(jù)和指令安全要求高，用電終端的測(cè)量、計(jì)費(fèi)相關(guān)數(shù)據(jù)則安全要求較低。

電網(wǎng)的這些特性具備了試驗(yàn)量子保密通信的條件和需求。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以利用現(xiàn)成的通信光纜架設(shè)QKD網(wǎng)絡(luò)，在量子加密機(jī)上產(chǎn)生量子密鑰，通過(guò)中繼和交換節(jié)點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)量子密鑰分發(fā)。

城市電網(wǎng)中的機(jī)房、管控中心等間隔一般在百公里級(jí)，相對(duì)容易被量子保密通信網(wǎng)覆蓋，最需要解決的是穩(wěn)定性、成本要求。

若是涉及超過(guò)單跨200公里的長(zhǎng)距離電力線(xiàn)路，由于無(wú)法像經(jīng)典通信一樣進(jìn)行信號(hào)放大，QKD網(wǎng)絡(luò)就必須設(shè)置可信中繼等中間節(jié)點(diǎn)。想要“不落地”部署，還要在集成化上取得大幅突破。

美國(guó)能源部的嘗試

美國(guó)能源部的兩大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室連續(xù)兩年在電網(wǎng)中演示QKD。研究人員相信，電網(wǎng)+量子保密通信可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性、效率和壽命。

去年，他們證明具有不同的底層硬件和軟件組件的QKD系統(tǒng)可以無(wú)縫協(xié)同工作。今年，他們將系統(tǒng)與QKD制造商Qubitekk開(kāi)發(fā)的新系統(tǒng)放置在田納西州查塔努加市的變電站中，用作量子密鑰傳遞的中繼站。

這無(wú)疑是個(gè)現(xiàn)成的選擇：變電站本來(lái)就由攝像機(jī)、圍欄和其他安全措施形成保障。

他們?cè)侔旬?dāng)?shù)厣鐓^(qū)公用事業(yè)和電信公司EPB的一片光纖網(wǎng)絡(luò)隔離起來(lái)，用作測(cè)試專(zhuān)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)系統(tǒng)的真實(shí)中繼。

這些“可信節(jié)點(diǎn)”雖然不是量子中繼器，安全性不能得到量子力學(xué)理論的保證，但它們帶來(lái)了兩方面的好處：一方面延長(zhǎng)保密通信的物理距離，也增加了量子網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。控制中心可以同時(shí)安全地向所有變電站發(fā)出關(guān)鍵指令。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室量子信息科學(xué)小組負(fù)責(zé)人Nicholas Peters認(rèn)為，這些集成到電網(wǎng)中的QKD系統(tǒng)能在數(shù)十年內(nèi)保證安全，匹配或超過(guò)能源物理基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命。

該團(tuán)隊(duì)希望逐步在美國(guó)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)中部署更多的QKD資源，以便在更大的規(guī)模上看到提升效果。

中國(guó)的探索

中國(guó)從2012年就開(kāi)始探索將量子通信技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中。目前國(guó)內(nèi)電力領(lǐng)域重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息已經(jīng)可以利用量子保密通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在京滬兩地災(zāi)備中心之間的加密傳輸，并復(fù)用京滬干線(xiàn)沿線(xiàn)量子城域網(wǎng)，開(kāi)展基于量子保密通信技術(shù)的內(nèi)部辦公和對(duì)外業(yè)務(wù)的安全防護(hù)。

科創(chuàng)板擬上市公司科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司此前已經(jīng)和國(guó)家電網(wǎng)旗下南京南瑞集團(tuán)、國(guó)家電網(wǎng)公司信息通信分公司、國(guó)網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)建立長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作。

相應(yīng)工程項(xiàng)目處于驗(yàn)證示范的階段，北京、山東、安徽、上海、浙江、江蘇等重要地區(qū)先后開(kāi)展建設(shè)，應(yīng)用場(chǎng)景主要包括：調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、用電信息采集、信息容災(zāi)、協(xié)同辦公、保密會(huì)商、移動(dòng)作業(yè)、銀電交易等電力業(yè)務(wù)。

消息人士稱(chēng)，中國(guó)在電力領(lǐng)域也開(kāi)始試水一些輕量級(jí)的QKD密鑰創(chuàng)新應(yīng)用。比如說(shuō)，試驗(yàn)將QKD網(wǎng)絡(luò)生成的量子密鑰存儲(chǔ)在一些安全介質(zhì)（類(lèi)似于TF卡、U盾）中，應(yīng)用到配電箱、電表上去，保護(hù)端到端及端到服務(wù)器的通信安全。這種把“量子安全”拓展到用戶(hù)端的嘗試，目前還在早期階段。