01誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)走向?qū)嵱?/p>
2005 年，清華大學(xué)學(xué)者提出誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)(QKD)方案 [1]，可很好地應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)。
2006 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn) 100 公里誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，從此打開(kāi)了量子保密通信走向?qū)嵱玫拇箝T。后來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將光纖量子密鑰分發(fā)距離拓展到 200 公里 [2]。
2008 年，我國(guó)首個(gè) 3 節(jié)點(diǎn)全通型量子保密電話網(wǎng)絡(luò)在合肥試驗(yàn)成功 [3]，相關(guān)技術(shù)在 2009 年服務(wù)“60 周年國(guó)慶閱兵”。
02規(guī)模化城域量子通信網(wǎng)絡(luò)建成
2009 年，量子政務(wù)網(wǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目 [4] 在蕪湖展開(kāi)、全通型量子通信網(wǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目 [5] 在合肥展開(kāi)，驗(yàn)證了城域網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)可行性。同年，科大國(guó)盾量子、蕪湖問(wèn)天量子等科技成果轉(zhuǎn)化公司開(kāi)始起步。
2011 年，合肥建成全球首個(gè)規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)—— 合肥城域量子保密通信試驗(yàn)示范網(wǎng) [6]。同年，科技部“863 計(jì)劃”首個(gè)量子通信領(lǐng)域主題項(xiàng)目《光纖量子保密通信綜合應(yīng)用演示網(wǎng)絡(luò)》正式立項(xiàng)，該項(xiàng)目成果之一的組網(wǎng)和應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)床 —— 濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng) [7] 于 2013 年建成。
03遠(yuǎn)距離量子保密通信干線立項(xiàng)
2013 年，國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)立項(xiàng)世界首條千公里級(jí)量子保密通信干線 ——“京滬干線”技術(shù)驗(yàn)證及應(yīng)用示范項(xiàng)目，由中科院統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，中國(guó)科大作為項(xiàng)目建設(shè)主體承擔(dān)。“京滬干線”總長(zhǎng)超過(guò) 2000 公里，覆蓋四省三市共 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)京滬干線，我國(guó)突破了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測(cè)、可信中繼傳輸和大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控等系列工程化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，完成了大尺度量子保密通信技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證。2017 年 9 月底，“京滬干線”正式開(kāi)通 [8]。
04量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空
2016 年，中科院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空 [9]。
2017 年，“墨子號(hào)”提前完成原定三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：星地雙向量子糾纏分發(fā)、星地高速量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài) [10] 。9 月 29 日，“墨子號(hào)”與正式開(kāi)通的量子保密通信“京滬干線”成功對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了洲際量子保密通信，全球首個(gè)星地一體化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)初具雛形 [11]。
2018 年，基于墨子號(hào)和“京滬干線”的成績(jī)，國(guó)家發(fā)改委啟動(dòng)了“國(guó)家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”，列入“新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程”支持項(xiàng)目 [12]。
05量子通信國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)逐步建立
2016 年，中國(guó)密碼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)開(kāi)始啟動(dòng)量子密鑰分發(fā)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究項(xiàng)目 [13]。2017 年，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)設(shè)立量子通信與信息技術(shù)特設(shè)任務(wù)組 [14]，國(guó)內(nèi)量子信息技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)研究和制訂工作開(kāi)始加速。截止到 2021 年 6 月，特設(shè)任務(wù)組共啟動(dòng)了 2 項(xiàng)國(guó)家標(biāo)制定、12 項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、1 項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定及 25 項(xiàng)研究報(bào)告等工作，其中 3 項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已由國(guó)家工信部于 2021 年 3 月到 5 月間正式發(fā)布 [15]。
同時(shí)，基于“京滬干線”等實(shí)踐成果，中國(guó)在國(guó)際量子信息相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作中也在發(fā)揮著主力作用。2019 年，國(guó)際電信聯(lián)盟設(shè)立“面向網(wǎng)絡(luò)的量子信息技術(shù)焦點(diǎn)組”[16]，這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織中第一個(gè)量子信息技術(shù)焦點(diǎn)組，由國(guó)科量子、國(guó)盾量子、中國(guó)信通院、三大運(yùn)營(yíng)商、華為、中興、中國(guó)信科等中國(guó)團(tuán)隊(duì)發(fā)起設(shè)立。
06量子通信芯片化初現(xiàn)曙光
2019 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)及其合作者研制出連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)芯片[17]，大大縮小了量子通信硬件的體積，為量子通信技術(shù)的普及提供了新思路。
2020 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)盾量子、中科院上海微系統(tǒng)所，共同搭建了一種新型的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)[18]，開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本、可擴(kuò)展、安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)。
07遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)不斷突破
2020 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)基于糾纏的量子密鑰分發(fā) [19]。
2021 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)聯(lián)合濟(jì)南量子技術(shù)研究院基于“濟(jì)青干線”現(xiàn)場(chǎng)光纜，利用國(guó)盾量子硬件平臺(tái)及上海微系統(tǒng)所的超導(dǎo)探測(cè)系統(tǒng)，突破現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離高性能單光子干涉技術(shù)，分別采用兩種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 500 公里量級(jí)雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)下目前現(xiàn)場(chǎng)無(wú)中繼光纖量子密鑰分發(fā)傳輸最遠(yuǎn)距離紀(jì)錄 [20]。
08量子互聯(lián)網(wǎng)之高維度量子隱形傳態(tài)首次實(shí)現(xiàn)
目前各國(guó)推進(jìn)的基于量子密鑰分發(fā)(QKD)的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，是“量子互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展的初級(jí)階段，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將用戶、量子計(jì)算、量子傳感等節(jié)點(diǎn)應(yīng)用量子隱形傳態(tài)等量子通信技術(shù)連為一體的量子網(wǎng)絡(luò)。
2019 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)和奧地利研究人員合作，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)高維度量子體系的隱形傳態(tài)[21]。這是科學(xué)家第一次在理論和實(shí)驗(yàn)上把量子隱形傳態(tài)擴(kuò)展到任意維度，為復(fù)雜量子系統(tǒng)的完整態(tài)傳輸以及發(fā)展高效量子網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
09量子互聯(lián)網(wǎng)之量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)“優(yōu)越性”
在量子計(jì)算方面，2020 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了76 個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”[22]，使得我國(guó)成功達(dá)到量子計(jì)算研究的首個(gè)里程碑 —— 量子計(jì)算優(yōu)越性。
2021 年，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)成功研制了62 比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”[23]，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走，成為中國(guó)超導(dǎo)量子計(jì)算的重要里程碑。
10規(guī)?；瘧?yīng)用啟航
自 2009 年量子保密通信技術(shù)服務(wù)國(guó)慶 60 周年閱兵后，政務(wù)、金融、電力、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域已有其示范性應(yīng)用。
2021 年，《Nature》雜志刊發(fā)我國(guó)“跨越 4600 公里的天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)”[24] 成就的文章，審稿人評(píng)價(jià)稱這是量子保密通信“巨大的工程性成就”。
目前，中國(guó)電信集團(tuán)和國(guó)盾量子已啟動(dòng)“量子鑄盾”行動(dòng) [25]，計(jì)劃為 10 個(gè)城市的公共安全提供“量子安全云”，為 100 個(gè)城市提供量子安全組網(wǎng)方案，為 10000 個(gè)政企客戶提供量子安全加密解決方案，為 1000 萬(wàn)移動(dòng)終端用戶提供量子安全通話服務(wù)，推動(dòng)量子保密通信相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
關(guān)鍵詞： 中國(guó) 量子 通信 領(lǐng)跑 關(guān)鍵
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