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

不過，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。

隸屬于美國能源部的橡樹嶺和洛斯阿拉莫斯兩大國家實驗室近日宣布通過在城市變電站中安置可信節(jié)點，實現(xiàn)電網(wǎng)中三個量子密鑰分發(fā)（QKD）系統(tǒng)的中繼，在延長距離上走出了他們的第一步。

據(jù)澎湃新聞了解，中國從2012年就開始探索將量子保密通信技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)運營中。南京南瑞國盾量子技術(shù)有限公司（簡稱 “南瑞國盾量子”）技術(shù)人員告訴記者，南瑞國盾量子與國家電網(wǎng)已經(jīng)合作開展了百公里、懸空光纜等線路上量子保密通信的研究和驗證。但電力有一些高壓輸電線路，單跨300公里以上，現(xiàn)在的可信中繼是沒有部署條件的。

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上齊頭并進， 盡快滿足電力系統(tǒng)對長期穩(wěn)定和融合部署的要求，同時降低應(yīng)用成本。

電網(wǎng)+量子保密

電力系統(tǒng)在建設(shè)輸電線路的同時，往往會在變電站等落地節(jié)點安裝通信設(shè)備，部署專用的通信網(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，用電終端的測量、計費相關(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量子保密通信的條件和需求。

簡單來說，可以利用現(xiàn)成的通信光纜架設(shè)QKD網(wǎng)絡(luò)，在量子加密機上產(chǎn)生量子密鑰，通過中繼和交換節(jié)點，就可以實現(xiàn)全網(wǎng)量子密鑰分發(fā)。

城市電網(wǎng)中的機房、管控中心等間隔一般在百公里級，相對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。

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

美國能源部的嘗試

美國能源部的兩大國家實驗室連續(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)可以無縫協(xié)同工作。今年，他們將系統(tǒng)與QKD制造商Qubitekk開發(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。

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

他們再把當?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，用作測試專線，實現(xiàn)了三個系統(tǒng)的真實中繼。

這些“可信節(jié)點”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，但它們帶來了兩方面的好處：一方面延長保密通信的物理距離，也增加了量子網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)量。控制中心可以同時安全地向所有變電站發(fā)出關(guān)鍵指令。

橡樹嶺國家實驗室量子信息科學(xué)小組負責(zé)人Nicholas Peters認為，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，匹配或超過能源物理基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命。

該團隊希望逐步在美國國家電網(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。

中國的探索

中國從2012年就開始探索將量子通信技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)運營中。目前國內(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)用京滬干線沿線量子城域網(wǎng)，開展基于量子保密通信技術(shù)的內(nèi)部辦公和對外業(yè)務(wù)的安全防護。

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

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

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