量子通信

量子信息是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科，主要包括量子通信和量子计算2个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等；量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。

广义地说，量子通信是指利用量子比特作为信息载体来传输信息的通信技术。量子通信内涵很广泛，量子隐形传态、量子保密通信、量子密集编码等都属于量子通信范畴。由于量子保密通信是目前最接近实用化的量子信息技术，也是人类目前掌握的唯一的无条件安全密码技术，故此日常提到量子通信时常特指量子保密通信。  　　

两束激光束以稍微不同的频率发射像猫脸一样的图像(显示具有偏离橙色和紫色的色彩)揭示了扭曲的线条中的细节，显示了纠缠在一起的两幅图像中存在的随机波动。

    追溯量子通信的起源，还得从

自由空间量子通信的极限距离需要对应到实际的空间环境条件，比如说地面大气条件下，衰减比较大，可能只能传输10公里，而星地之间，由于外太空处于真空状态，衰减较小，所以通信距离可以达到数百公里以上。

量子通信必须借助于载体。即便使用纠缠效应，也需要先进行纠缠分发，仍然需要物理实体的传递。

40M量子网关

    量子通信网络中的量子集控站，类似于传统的通信基站。集控站中包括光量子交换机、量子通信服务器和量子密钥分发终端。利用多个量子集控站组成多种网络拓扑，可以提高组网的灵活性和稳定性，能方便地对量子通信网络进行扩展，扩大量子通信网络的覆盖面积，大大扩展通信距离。

量子信号接收机为单光子探测器，用于配合量子信号发射机实现点对点的量子密钥分发（QKD）。除了用于量子通信之外，单光子探测器还在量子成像、

量子信号的无线传播（自由空间传播）是可能的，但是在光的频谱上，这种传输定向性强，越障能力差，因此并不适合做无线基站这样的应用。在微波频段上实现量子信号的调制和探测理论上也是可能的，但是由于量子态不可复制，因此对于接收者来说，非定向的传播信道是一个损耗极高的信道。这限制了量子通信的距离。因此，量子通信无线基站的技术可行性是不大的，而量子通信无线热点的技术可行性还是有的。   

但是，基于手机通过数据线、存储卡的方式，连接量子通信终端，获取量子密钥，并用之完成数据加密、认证，保护手机的信息安全的做法，使手机能够接入量子通信网络是可行的，但也需要对手机进行适应性改造，科大国盾量子已经在这方面有了一定的技术积累。

陆朝阳（左）和潘建伟（右）

    潘建伟团队在基于量子存储的量子中继研究方面处于国际领先地位。量子中继器的核心在于量子存储，一直以来都是重大的科学和技术挑战。没有量子存储器，实现量子通信的成本将随通道长度指数增加。2001年，结合线性光学和原子系综，旅美华人学者

1984年，美国

量子密钥分发网络密码机

量子通信技术作为一种绝对安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。

现在量子通信技术应用最典型的例子就是建设量子通信网络，新闻报道的已经建成的有合肥城域量子通信试验示范网、覆盖济南市城区的济南量子通信试验网还有芜湖网，以及新华社新闻大厦和金融信息交易所之间的金融信息量子通信验证网，即将建成的城域网还包括北京城域量子通信网和上海陆家嘴金融量子保密通信应用示范网等。而将在2016年底建成的连接北京和上海的“京沪干线”将主要是推动金融、政务等方面的应用。比如它包含了网上银行数据的远程灾备应用、金融机构信息数据的采集应用、金融信息交易应用以及银行同城数据生产和灾备应用等。

中科院与阿里巴巴在上海合作成立量子计算实验室，签署“共同推动量子信息技术研发及应用的战略合作协议”，探索实用化的量子计算技术等。2015年，国科控股、科大国盾量子、

中国量子通信产业相对起步较晚，但近几年发展比较迅速，现在已经有像科大国盾量子为代表的几家企业，从事量子通信产品研发的团队也比较庞大。目前在中国已建成的大规模城域量子通信网络也是最多最大的，中科院也将在山东成立量子通信产业应用的卓越分中心，关于量子通信产业标准也正在研究制定中。未来随着更大规模实用化量子通信网络和量子通信卫星的成功启用，量子通信产业发展将开启崭新的篇章。

2006年，中国科学技术大学潘建伟团队在有关国防部门的要求下开始开展量子通信装备预先研究项目。

2008年，该团队在合肥市实现了国际上首个全通型量子通信网络，并利用该成果为60周年国庆阅兵关键节点间构建了“量子通信热线”，为重要信息的安全传送提供了保障。

2009年，该团队又在世界上率先将采用诱骗态方案的量子通信距离突破至200公里。同年，中国科学技术大学郭光灿团队在芜湖市建成了国际上首个量子政务网。

2012年，潘建伟团队在合肥市建成了世界上首个覆盖整个合肥城区的规模化（46个节点）量子通信网络，标志着大容量的城域量子通信网络技术已经成熟。同年，该团队与新华社合作建设了“金融信息量子通信验证网”，在国际上首次将量子通信网络技术应用于金融信息的安全传输。

2012年底，潘建伟团队的最新型量子通信装备在北京投入常态运行，为“十八大”等国家重要政治活动提供信息安全保障。

习近平总书记2013年7月17日在中国科学院考察工作时发表重要讲话中指出的：“量子通信已经开始走向实用化，这将从根本上解决通信安全问题，同时将形成新兴通信产业。”

2013年，潘建伟团队又在核心量子通信器件研究上取得重要突破，成功开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器，并利用该单光子探测器在国际上首次实现了测量器件无关的量子通信，成功解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，大大提高了现实量子通信系统的安全性。 

2013年，“

中国一些研究人员利用中国发射的首颗量子通信卫星墨子号成功传输信息，打破传输信息的最远纪录，在量子通信领域拿下两个世界第一。

中国凭借2017年8月9日在《自然》周刊上发表的两项成果确保了在量子通信这一未来通信技术领域的至上地位。该技术主要可以提升通信过程中的安全性。中国从“墨子号”的投资中获得了回报。这枚科研卫星于2016年8月16日发射，在距离地球500公里至1200公里处的低轨运行。再加上《科学》周刊2017年6月16日发表的成果，中国科学技术大学潘建伟带领的团队完成了三大实验：量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发。此前这些实验仅在地面的光导纤维中完成过。

据法国《世界报》8月15日报道，加拿大研究人员1984年提出了一份保障安全分发密钥的协议，不仅是为了禁止窃听，也是为了确保如果出现窃听当事人能够获悉。中国人将这份协议应用于卫星与地球之间，最短距离(600公里)实现每秒发送数千比特的信息量。巴黎电信技术学院科研教师罗曼·阿洛姆称赞道：“他们解决了大量技术难题。这是工程学的一个大项目。”中国团队面临的挑战包括复杂光电器件的小型化及其对太空环境的适应保证，而且尤其是十分精确的卫星定位和追踪技术的发展。潘建伟指出：“这就像在300米之外追踪一根移动的头发一样。”

报道称，这些进步的技术意义超过了科学意义，因为这些成就此前都在地球上实现过。20世纪80年代初，法国科学家阿兰·阿斯佩完成了“量子纠缠”实验。1989年，加拿大完成首次量子密钥分发。此后很多企业将这种系统商业化。1997年，奥地利安东·蔡林格团队率先完成量子隐形传态实验，当时年轻的潘建伟也是团队成员之一。

欧洲最大量子信息实验室之一量子技术研究中心主任罗纳德·汉松认为：“真是了不起的进展。中国的实验开启了一个新时代。他们完成了首批地空基础量子任务。将遥远的系统通过量子连接起来已经成为现实。”

报道称，长距离传输必须通过太空，因为光导纤维中信号受损导致纠缠与隐形传态被限制在100多公里的距离内才能完成。而且与常规世界相反，在量子物理学中不可能增强或者重复一个信号。因此人们关注宇宙真空环境，即便考虑到大气层的厚度，这里的损耗也要小得多。但成本这么高的网络又有什么用呢？更加安全的密钥当然是个动机，但当前“经典”技术还在发挥作用，而且带有非保密密钥协议。

巴黎第六大学国家科学研究中心研究负责人埃莱妮·迪亚曼蒂明确指出：“当前的量子计算工作让这些系统面临危险，量子密钥是一种解决方案。”研究人员还希望建设有新性能的“量子网络”，能够将计算分发到多个网络节点上完成，而无需节点接触数据。

报道称，中国并不是唯一一个了解这些关乎国家防御和主权的重大挑战。韩国、日本、新加坡和加拿大也有陆地和太空计划，或者是从无人机、热气球和飞机实施的空中计划。在欧洲、研究人员争取人们对发展这些太空技术的关注，却是徒劳。埃莱妮·迪亚曼蒂希望：“这些结果或将刺激欧洲的科研活动。”

报道称，潘建伟现在希望提高密钥系统的效率，把卫星作为两个地面站的中继站来实现安全加密。中国研究者们还提到与欧洲合作完成两大洲之间密钥分发的可能性。