架构方案将量子计算节点、量子密钥分发与区块链共识纳入统一框架

国家知识产权局公告显示，一项涉及量子安全区块链的发明专利（申请日为2021年7月23日，授权公告日为2024年6月7日）的权利要求书描述，该专利围绕量子计算资源与经典区块链网络的融合，提出了一套在系统架构层面完整集成与工程化定义技术方案。

该架构的主要设计者江先生是一位从广东茂名走出去的跨学科发明家。从茂名一中进入暨南大学，通过跨学科学习，提出了区块链与量子物理交叉融合的设计方案。为这一天，他已走了20年。团队研发成果在量子安全区块链领域实现了系统架构层面的首次完整集成与工程化定义，其核心首创性体现在以下七个维度：

一、量子节点作为区块链共识参与者

该专利在系统架构层面提出，在基于根链的三层网络结构中，可将至少一个共识节点设置为量子计算机系统、量子云服务器或量子虚拟机，普通节点同时兼容量子计算资源与经典计算机系统。在这一设计下，量子计算资源不再作为链下辅助设备存在，而是参与到区块链的共识过程中。

专利权利要求1对上述节点组成方式作出了限定。在公开文本中表示，该方案的目的在于为后续在共识层引入量子加速、量子安全密码原语预留接口。

二、经典比特与量子比特的双向转换通路

量子网络传输量子比特，经典区块链网络传输经典比特，两者在数据格式上天然存在差异。该专利在系统中设置专用转换单元，使经典计算机系统通过该单元分别与量子计算机系统、量子云服务器或量子虚拟机连接，以实现量子比特与经典比特之间的双向转换。

据专利文本介绍，该设计意在降低现有服务器、边缘节点、5G/6G基站等经典设备接入量子安全网络的硬件改造成本。相关内容对应权利要求2。

三、量子智能合约自动调用多协议QKD

传统区块链智能合约主要处理经典计算逻辑。该专利方案引入量子智能合约单元，并将其与上述转换单元相连接，使智能合约能够触发量子密钥分发协议的执行。专利文本中提及的协议包括SARG04、Ekert91、BB84、BBM92、测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）以及孪生双场量子密钥分发（TF-QKD）等。

按照该方案设想，加密环节可由智能合约自动调用QKD流程生成量子密钥并通过量子信道分发，解密环节则自动完成密钥还原。相关技术方案分别在权利要求9和权利要求13中作出限定。

四、国家授时时间戳嵌入量子比特转换流程

该专利还提出，区块链节点可与国家授时中心连接获取时间戳，并将时间戳与区块链数据一并送入转换单元，在数据被转换为量子比特的同时完成时间戳固化。

在专利撰写方的表述中，这一设计意在将客观时间证明、量子密钥的物理层防窃听能力与区块链的分布式账本三者绑定，从而为数据产生、加密、传输到链上存证的流程提供可追溯的时间锚点。该内容对应权利要求12。

五、卫星与5G/6G基站作为中继节点

针对远距离量子通信中量子态随光纤距离衰减的问题，该专利在系统架构中将计算机系统进一步限定为中继节点、边缘计算节点、雾计算节点或云计算节点；当中继节点与量子计算资源连接时，可包括卫星、5G基站或6G基站。

按照方案设想，可通过可信中继与分段式密钥分发相结合的方式构建跨域密钥链路，在超远距离场景下引入卫星作为天基中继节点。相关限定分别见权利要求4及其引用的权利要求1、权利要求7。

六、长距离密钥分发：纳入TF-QKD协议

该发明将孪生双场量子密钥分发协议纳入区块链数据处理方法的权利要求保护范围。TF-QKD通过发送端和接收端分别发送光信号至不可信中继进行单光子干涉测量，安全成码距离可推至500公里以上，且超过500公里仍能打破传统无中继QKD的绝对成码率极限。首次使区块链系统能够在超长光纤链路上实现信息论安全的密钥分发，无需量子中继器即可覆盖城际、省际乃至跨国通信距离。

2025年3月，中国科大潘建伟团队在《自然》发表成果，利用量子微纳卫星实现中国与南非之间12900多公里实时星地量子密钥分发，标志着星地QKD技术从科学实验迈向工程实用。该成果的核心贡献在于物理层链路突破——微纳卫星平台、可移动地面站、单轨百万比特成码。

而该专利于2021年7月23日申请、2024年6月7日授权，早于2025年3月新华网报道的“上万公里星地量子通信”成果约3年。

该新闻成果证明了微纳卫星实时星地QKD的工程可行性；而本申请在此前已系统化提出：以量子密钥分发为安全底座，结合卫星/5G/6G中继节点（权5）、经典/量子比特转换单元（权1）、区块链共识与授时时间戳（权8），构建空天地一体化量子安全网络。因此，本申请具有技术布局上的前瞻性，而非仅对事后实验成果的归纳。

新闻是“3年后把专利里的一层跑通了”；专利是“3年前就把整张网画好了”。

权利要求依据：权利要求13将孪生双场量子密钥分发（TF-QKD）协议纳入区块链数据处理方法的权利要求保护范围；500公里以上安全成码、突破无中继QKD成码率极限为TF-QKD既有学术结论（Ma et al. 2018; Lin et al. 2019），本专利完成工程化权利化。

七、权利要求布局：系统、方法、设备、介质

从公开文本看，该专利共包含15项权利要求，其中权利要求1至8覆盖系统架构，权利要求9至13覆盖数据处理方法，权利要求14指向硬件设备，权利要求15指向计算机可读存储介质。这种布局意在形成从系统、方法到设备、介质的较为完整的知识产权保护链条。

行业观察

业内人士指出，量子通信与区块链的融合目前仍处于早期探索阶段。一方面，量子计算硬件的可及性、量子密钥分发网络的覆盖范围与组网成本，决定了相关方案大规模工程落地尚需时日；另一方面，跨学科的标准制定、安全评估与监管框架也在逐步完善过程中。

该专利所提出的架构方案，为后续研究者和产业方提供了一种可参考的技术整合思路。其能否在真实场景中实现规模化部署，仍需结合量子硬件成熟度、组网经济性以及标准化进程进一步验证。（朱新均）

责任编辑：kj015

文章投诉热线:157 3889 8464  投诉邮箱:7983347 16@qq.com