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 01 誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)走向?qū)嵱?/h3>

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)用于實際系統(tǒng)。

2006 年，中國科大團(tuán)隊率先實現(xiàn) 100 公里誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實驗，從此打開了量子保密通信走向?qū)嵱玫拇箝T。后來，該團(tuán)隊將光纖量子密鑰分發(fā)距離拓展到 200 公里 [2]。

2008 年，我國首個 3 節(jié)點全通型量子保密電話網(wǎng)絡(luò)在合肥試驗成功 [3]，相關(guān)技術(shù)在 2009 年服務(wù)“60 周年國慶閱兵”。

 

 

 

 

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)試驗項目 [4] 在蕪湖展開、全通型量子通信網(wǎng)試驗項目 [5] 在合肥展開，驗證了城域網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)可行性。同年，科大國盾量子、蕪湖問天量子等科技成果轉(zhuǎn)化公司開始起步。

2011 年，合肥建成全球首個規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò) —— 合肥城域量子保密通信試驗示范網(wǎng) [6]。同年，科技部“863 計劃”首個量子通信領(lǐng)域主題項目《光纖量子保密通信綜合應(yīng)用演示網(wǎng)絡(luò)》正式立項，該項目成果之一的組網(wǎng)和應(yīng)用驗證實驗床 —— 濟(jì)南量子通信試驗網(wǎng) [7] 于 2013 年建成。

 

 

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03 遠(yuǎn)距離量子保密通信干線立項

2013 年，國家發(fā)改委正式批復(fù)立項世界首條千公里級量子保密通信干線 ——“京滬干線”技術(shù)驗證及應(yīng)用示范項目，由中科院統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，中國科大作為項目建設(shè)主體承擔(dān)。“京滬干線”總長超過 2000 公里，覆蓋四省三市共 32 個節(jié)點，通過京滬干線，我國突破了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測、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)試驗驗證。2017 年 9 月底，“京滬干線”正式開通 [8]。

 

 

 

 

04 量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”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、世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空 [9]。

2017 年，“墨子號”提前完成原定三大科學(xué)實驗任務(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”與正式開通的量子保密通信“京滬干線”成功對接，實現(xiàn)了洲際量子保密通信，全球首個星地一體化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)初具雛形 [11]。

2018 年，基于墨子號和“京滬干線”的成績，國家發(fā)改委啟動了“國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”支持項目 [12]。

 

 

 

 

05 量子通信國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)逐步建立

2016 年，中國密碼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會開始啟動量子密鑰分發(fā)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究項目 [13]。2017 年，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會設(shè)立量子通信與信息技術(shù)特設(shè)任務(wù)組 [14]，國內(nèi)量子信息技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)研究和制訂工作開始加速。截止到 2021 年 6 月，特設(shè)任務(wù)組共啟動了 2 項國家標(biāo)制定、12 項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、1 項團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定及 25 項研究報告等工作，其中 3 項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已由國家工信部于 2021 年 3 月到 5 月間正式發(fā)布 [15]。

同時，基于“京滬干線”等實踐成果，中國在國際量子信息相關(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)焦點組”[16]，這是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織中第一個量子信息技術(shù)焦點組，由國科量子、國盾量子、中國信通院、三大運營商、華為、中興、中國信科等中國團(tuán)隊發(fā)起設(shè)立。

 

 

 

 

06 量子通信芯片化初現(xiàn)曙光

2019 年，中國科大團(tuán)隊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，中國科大團(tuán)隊聯(lián)合國盾量子、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]，開辟了一個新的途徑來實現(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，中國科大團(tuán)隊利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子密鑰分發(fā) [19]。

2021 年，中國科大團(tuán)隊聯(lián)合濟(jì)南量子技術(shù)研究院基于“濟(jì)青干線”現(xiàn)場光纜，利用國盾量子硬件平臺及上海微系統(tǒng)所的超導(dǎo)探測系統(tǒng)，突破現(xiàn)場遠(yuǎn)距離高性能單光子干涉技術(shù)，分別采用兩種技術(shù)方案實現(xiàn) 500 公里量級雙場量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)下目前現(xiàn)場無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)首次實現(xiàn)

目前各國推進(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)展的初級階段，最終目標(biāo)是實現(xiàn)將用戶、量子計算、量子傳感等節(jié)點應(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，中國科大團(tuán)隊和奧地利研究人員合作，在國際上首次成功實現(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驗上把量子隱形傳態(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)奠定了堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。

 

 

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09 量子互聯(lián)網(wǎng)之量子計算實現(xiàn)“優(yōu)越性”

在量子計算方面，2020 年，中國科大團(tuán)隊構(gòu)建了 76 個光子的量子計算原型機(jī)“九章”[22]，使得我國成功達(dá)到量子計算研究的首個里程碑 —— 量子計算優(yōu)越性。

2021 年，中國科大團(tuán)隊成功研制了 62 比特可編程超導(dǎo)量子計算原型機(jī)“祖沖之號”[23]，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了可編程的二維量子行走，成為中國超導(dǎo)量子計算的重要里程碑。

 

 

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10 規(guī)模化應(yīng)用啟航

自 2009 年量子保密通信技術(shù)服務(wù)國慶 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“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，審稿人評價稱這是量子保密通信“巨大的工程性成就”。

目前，中國電信集團(tuán)和國盾量子已啟動“量子鑄盾”行動 [25]，計劃為 10 個城市的公共安全提供“量子安全云”，為 100 個城市提供量子安全組網(wǎng)方案，為 10000 個政企客戶提供量子安全加密解決方案，為 1000 萬移動終端用戶提供量子安全通話服務(wù)，推動量子保密通信相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

 

 

 

 

參考來源：

[1] 來源：Physical Review Letters

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.94.230503

[2] 來源：CCSA 《量子保密通信技術(shù)白皮書》

[3] 來源：科技日報

http://www.stdaily.com/kjrb/kjrbbm/2021-06/23/content_1159111.shtml

[4] 來源：中國科學(xué)院

http://www.cas.cn/xw/zyxw/yw/200905/t20090519_2313726.shtml

[5] 來源：科學(xué)網(wǎng)

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2009/9/223647.html

[6] 來源：中國科學(xué)報

http://www.cas.cn/xw/cmsm/201202/t20120221_3442898.shtml

[7] 來源：山東省科技廳

http://www.most.gov.cn/dfkj/sd/zxdt/201311/t20131107_110215.html?searchword=%E6%B5%8E%E5%8D%97%E9%87%8F%E5%AD%90%E4%BF%9D%E5%AF%86%E9%80%9A%E4%BF%A1%E8%AF%95%E9%AA%8C%E7%BD%91&prepage=10&channelid=44374&sortfield=-DOCRELTIME&strKeyWords=&itime=0

[8] 來源：新華社

http://www.xinhuanet.com/politics/2017-09/04/c_129695914.htm

[9] 來源：新華社

http://www.xinhuanet.com/world/2016-08/16/c_129231459.htm

[10] 來源：新華社

http://www.cac.gov.cn/2019-02/15/c_1124120504.htm

[11] 來源：國際在線

http://www.cas.cn/cm/201709/t20170930_4616570.shtml

[12] 來源：國家發(fā)展與改革委員會

https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201711/t20171127_962601.html

[13] 來源：中國信息協(xié)會量子信息分會《2020 量子安全技術(shù)白皮書》

[14] 來源：中國科學(xué)院

http://www.cas.cn/sygz/201706/t20170615_4605181.shtml

[15] 來源：中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會

http://www.ccsa.org.cn/webadmin/#/td-standard/standard-common?no=YD%2FT%203835.1-2021&releaseDate=2021-03-05

http://www.ccsa.org.cn/standardDetail?standardNum=YD%2FT%203834.1-2021

http://www.ccsa.org.cn/standardDetail?standardNum=YD%2FT%203907.3-2021

[16] 來源：光明網(wǎng)

https://difang.gmw.cn/sd/2019-12/09/content_33387646.htm

[17] 來源：Nature Photonics

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0504-5

[18] 來源：Physical Review X

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.10.031030

[19] 來源：Nature

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2401-y

[20] 來源：Physical Review Letters、Nature Photonics

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.250502

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00828-5

[21] 來源：Nature Photonics

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0504-5

[22] 來源：Science

https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abe8770

[23] 來源：Science

https://science.sciencemag.org/content/early/2021/05/05/science.abg7812

[24] 來源：Nature

https://www.nature.com/articles/s41586-020-03093-8

[25] 來源：科學(xué)網(wǎng)

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/11/448206.shtm