俄罗斯自然科学院外籍院士 吴永飞

当前量子科技作为新质生产力的典型代表，其在金融领域的应用逐渐深入并展现出巨大潜力。本文系统梳理了量子通信技术发展背景、主要原理及其在金融信息安全中的作用，重点分析了量子密钥分发和量子直接通信两类核心技术路线在实际金融场景中的应用。在量子计算对传统加密体系带来挑战的背景下，量子通信凭借基于量子力学原理的高度安全性，为金融行业提供强有力的安全保障。通过介绍各金融机构实际案例，本文展示了量子通信在金融实用场景中的创新应用路径，展示了其在数据传输方面的安全性与可靠性。文章最后展望了量子通信与区块链、隐私计算等前沿技术融合发展的广阔前景，强调其在构建未来安全高效金融基础设施中的战略价值。

一、量子科技作为新质生产力代表已成为国内外关注焦点

量子科技是驱动人类认知跃迁与生产力重构的科学前沿，是引领新一轮科技革命和产业变革的战略高地，已成为全球科技博弈的核心焦点。2022年诺贝尔物理学奖表彰科学家“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学”, 2023年诺贝尔化学奖对获奖科学家“发现和合成量子点”进行表彰,在全球范围内引发了对量子科技的高度关注。联合国将2025年定为“国际量子科学与技术年”以纪念1925年薛定谔提出量子力学的薛定谔方程、海森堡发表论文《运动学和力学关系的量子力学重新诠释》至今100周年。

我国高度重视量子科技发展，2020年10月十九届中央政治局第二十四次集体学习时，习近平总书记强调“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”。2024年全国两会《政府工作报告》中强调要“开辟量子技术、生命科学等新赛道”。2025年全国两会《政府工作报告》中指出“人工智能、量子科技等领域取得新成果”。量子科技作为新质生产力的典型代表，日益受到业界和学界的高度关注。

我国金融行业积极拥抱量子科技。2021年12月，人民银行发布的《金融科技发展规划（2022-2025年）》指出要“探索运用量子技术突破现有算力约束、算法瓶颈，提升金融服务并发处理能力和智能运算效率，节省能源消耗和设备空间，逐步培育一批有价值、可落地的金融应用场景”。2024年11月，人民银行等七部门联合印发《推动数字金融高质量发展行动方案》也强调“探索运用边缘计算和量子技术突破现有算力瓶颈，为金融数字化转型提供精准高效的算力支持”。在此背景下，以商业银行为代表的金融机构纷纷将“量子科技”引入“金融科技”，“量子金融科技”应运而生。

二、量子通信为金融信息安全筑起新防线

金融信息安全是金融行业的生命线，其中密码技术作为金融信息安全的基石发挥着重要作用。当前金融机构信息系统使用的密码算法主要有对称密码、非对称密码和杂凑算法三类：对称密码，又称私钥密码，是指加密密钥和解密密钥相同的密码机制，常用于数据加密传输、数据库加密存储等场景以保障数据机密性，其安全性首先取决于密钥的安全性，其次才是加解密算法的安全性；非对称密码，又称公钥密码，是指通信双方使用一对不同的密钥，即公私钥对，其中公钥用于加密信息、私钥用于解密信息的密码机制，常用于生成短期的对称会话密钥、安全证书、数字签名等场景以实现身份验证、数据保密等功能；杂凑算法，又称散列函数或哈希函数，是指将任意长度的数字消息映射成固定长度字符串的函数，常用于密码存储、数据完整性校验等功能。上述密码算法已深入到金融领域的方方面面，在保障金融安全中发挥着重要作用。

量子计算的快速发展给经典金融密码体系带来了挑战。Shor量子算法可以在多项式时间内解决大整数分解和离散对数求解等复杂数学问题，即理论上实现指数级加速，从而威胁到了基于相关数学问题设计的非对称密码算法安全。2023年8月，美国纽约大学的奥德·雷格夫提出了一种新方案，将Shor算法的周期函数问题从一维推广到多维形式，该算法通过减少所需步骤的数量来加快量子部分的运算速度，有望使其更容易付诸实践。总体来看，学界一般认为Shor相关算法实现对非对称密码算法RSA-2048位的破解，至少需要数百万个量子比特。Grover量子算法理论上能够将无序数据库的搜索时间实现二次方级别的加速。鉴于Grover算法可以快速从无序的数据库中找到待查找的目标值，从而威胁到了基于相关数学问题设计的对称密码算法安全。此外，有研究表明Grover算法可以比传统计算机更快地破解加密散列，这意味着Grover算法可能会降低杂凑函数的安全级别。学界一般认为Grover算法破解密码的能力等价于将等效密钥长度减半，因此可以通过增加密钥的长度来缓解Grover算法带来的威胁。值得一提的是2022年12月北京量子信息科学研究院龙桂鲁副院长和浙江大学王浩华教授团队仅用10个超导量子比特就实现了对RSA-48位算法的破解，此前在Shor算法下曾实现16个量子比特对RSA-17位算法的破解。新的量子算法主要是在经典的Schnorr算法（使用格约化来分解整数）的基础上，将Schnorr算法中最耗时的最近向量搜索问题使用量子近似优化算法（QAOA）予以改进，它仅需要372个量子比特就有望破解RSA-2048位算法。一旦该算法效率得到进一步验证，将使经典密码体系抵抗量子计算攻击的时间窗口变得十分紧迫。

目前能够对抗量子计算攻击的主流信息安全方案有两类：一是“反其道而行之”，对量子计算在密码破译方面的优劣势进行有针对性地研究，在量子计算弱势的方面对经典密码算法进行优化升级，从而使经典密码算法具备在经典和量子环境下均可抵抗破译的特性，基于该方案形成的研究方向称为“后量子密码学”。然而后量子密码方案对于抵抗量子计算攻击并非一劳永逸，随着量子计算机的发展和新的量子算法产生，当前已经形成的后量子密码算法可能又将面临被攻破的风险。二是“以其人之道还治其人之身”，旨在充分利用量子物理学原理，直接采用量子技术构建保密通信方案，从而“一劳永逸”地避免量子计算可能带来的信息安全威胁，基于该方案形成的研究方向即为“量子通信”。量子通信的安全性源于量子力学的基本原理，确保了量子态在不被破坏的情况下，信息在传输过程中不会被窃听或复制，达到信息论意义上的无条件安全性，从而能够为金融机构和客户的数据资产打造“量子镖局”，为金融关键信息的传输与流通保驾护航。

三、量子通信在金融领域的应用研究

随着量子通信技术的不断发展，逐步形成了包括量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）、量子直接通信（Quantum Secure Direct Communication，QSDC）、量子秘密共享（Quantum Secret Sharing，QSS）、量子隐形传态（Quantum Teleportation，QT）等多种技术路线。其中，量子密钥分发（包括离散变量量子密钥分发和连续变量量子密钥分发）及量子直接通信已成为目前量子通信研究与应用发展的重点方向。

离散变量量子密钥分发（Discrete Variable QKD，DV-QKD）使用离散的量子态进行密钥的编码和分发，其利用量子力学的基本原理，特别是量子态的不可克隆性和海森堡测不准原理来确保通信双方能够安全地编码和共享密钥，有效避免了潜在的窃听风险。这些离散变量的量子特性确保了在量子层面上通信的安全性，从而实现了通信的绝对安全保障。通过该种方式，离散变量量子密钥分发不仅增强了信息传输的安全性，而且为量子通信领域提供了一种有效的密钥管理解决方案。该技术在远距离传输中取得了长足进展，并逐步在金融行业开展了应用。以原中国人民银行乌鲁木齐中心支行星地一体QKD量子通信应用为例，人民币跨境收付信息管理系统主要负责收集人民币跨境收付业务相关信息，数据报送遵照集中接入原则和属地监管原则，全国性商业银行通过总行将数据上报至该系统服务器，地方商业银行通过金融业网间互联综合前置系统将数据上报至人民银行总行系统服务器。在该场景中，通过多个中继节点和卫星密钥分发，建立了跨越2400公里从人民银行金融信息中心（北京）至乌鲁木齐间的量子密钥分发传输通道。具体来看，该场景的核心传输方式是通过“墨子号”空间量子科学实验卫星在广域网络中进行星地一体的量子密钥分发和接收；新疆乌鲁木齐方面通过城域网接入A站点，A站点包含多个中继节点，采用量子光纤干线传输至A塔；北京的中国人民银行金融信息中心方面通过北京市区的量子城域网接入B站点，B站点也包含多个中继节点，同样采用量子光纤干线传输至B塔。乌鲁木齐方面本端部署量子加密模块、量子密钥分发模块、交换设备、量子网络管理模块等专用设备，搭建乌鲁木齐本端“星地一体”的地面量子信道。该场景为离散变量量子密钥分发技术在金融行业的应用提供了良好的示范效应。

连续变量量子密钥分发（Continuous Variable QKD，CV-QKD）技术不需要复杂的单光子源制备技术，仅需借助于成熟的经典光通信中的弱相干光相关技术即可实现，该技术与现有电信基础设施具有高度兼容性，能够利用标准的电信组件实现远程密钥共享。此外，连续变量量子密钥分发系统的器件与经典的相干光通信相兼容，适合与经典信号共存，易于部署。华夏银行率先将连续变量量子密钥分发技术引入商业银行日常办公运维环境相关场景，为金融数据传输提供强有力的安全保障。以异地软件包分发场景为例，连续变量量子密钥分发技术可保障在分发软件包的过程中若尝试任何窃听或篡改都将被实时检测，从而使得运维团队能够在第一时间发现潜在的安全威胁，降低信息安全风险，确保系统升级的顺利进行。再以即时通信文件传输场景为例，即时通信文件传输可能涉及包含客户数据、业务机密、战略决策信息等敏感内容的文件，保障传输安全性至关重要。连续变量量子密钥分发技术提供量子级别的加密保护，阻止数据在传输过程中被拦截或窃取。量子密钥加密的文件数据传输具有不可分割性，任何窃听行为都会导致量子态改变，触发安全警报，确保文件传输安全，防范非法读取的可能性。在上述应用场景探索中，基于连续变量量子密钥分发技术的量子通信方案在A机房和B机房之间传输22.4G文件数据，经测试，其误帧率为0.418%，安全密钥成码率为8153.2bps，传输速率为668.8Mbps，传输时间为274s，相关性能指标能够满足应用需求。

量子直接通信以量子态作载体来编码和传输信息，是量子通信的一种新范式。量子直接通信方案将信息加载于量子态，并直接在量子信道进行传输，不依赖于加解密算法及密钥的分发。该方案依靠量子不可克隆性、量子测量塌缩等量子原理来感知和阻止窃听，保证信息传输安全，即当有人窃听时量子态会被破坏，从而使窃听方得不到任何信息，即使拥有再强大的并行算力，也无从破解。量子直接通信将经典保密通信的密钥分发和密文传输双信道结构，改变为仅有量子通信的单信道结构，减少了信息泄露的环节，提高了信息的安全性。华夏银行将量子直接通信技术引入银行数字信贷、远程办公及同城数据备份等场景，并开展了一系列应用研究。以产业数字信贷创新业务场景为例，量子直接通信可在银行和其企业客户之间实现安全信息传输，在此场景下，将量子直接通信设备信息发送端放置于银行企业客户的厂房内，用以监控客户作为银行贷款押品的生产设备的安全性和完整性；将量子直接通信设备信息接收端放置于银行经营机构，用以接收客户厂房设备的监控数据。在实际数据传输过程中，量子直接通信监控系统由于受到机房工作环境和传输光纤信道特性变化的影响，系统的实时通信信息传输速率波动范围为10kbps±2kbps，该波动范围不影响量子直接通信系统在应用场景下的数据传输实时性，满足实际应用的要求。

四、结语与展望

当前，以量子通信为代表的量子科技已逐步从实验室走向金融实用领域，不断向工程化和实用化转化。作为新质生产力的重要代表，量子通信为金融信息安全提供了受物理学定律保护的高度信息安全方案，进一步加固了金融信息安全防线。

展望未来，随着量子通信技术的持续演进与生态体系的加速构建，其在金融领域的应用有望呈现更大规模、更深层次的发展态势。一方面，随着通信硬件基础设施的成熟、低成本化与标准化，量子通信技术有望实现从“高不可攀”到“触手可及”的演进过程，在更大范围内得到广泛应用。另一方面，量子通信有望与区块链、隐私计算等新兴技术深度融合，赋能金融系统整体数字化与安全性水平的跃升。

可以预见，随着量子科技战略的持续推进和各类量子通信应用项目的持续落地，未来我国有望在全球金融量子通信技术与应用体系中进一步抢占先机、引领发展。我们应以前瞻视角看待量子科技的发展，加快推进量子科技与金融业务场景的深度融合，为构建更加安全、高效、可持续的金融体系提供坚实的技术底座和战略支撑。

(龙盈智达（北京）科技有限公司王彦博、刘曦子、张月、杨璇、高新凯、王一多和徐奇对本文亦有贡献。)

作者介绍

吴永飞，俄罗斯自然科学院外籍院士，原华夏银行首席信息官，毕业于俄罗斯圣彼得堡电子技术大学，工学博士，研究员（正高级）职称。深耕银行信息科技工作30余年，具有丰富的金融科技工作经验和深厚的专业技术功底。多次主持国家级、省部级重大课题，获省部级奖项70余项、专利7项，发表论文75篇。主导的量子金融科技相关项目分别获人民银行金融科技发展奖一等奖，入选2022、2023、2024年金融信息化十件大事。曾获“北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才”、“北京金融工匠”、“北京市引进和培养的金融科技领军人才”、“国企楷模 北京榜样”等荣誉。