盤點：中國量子通信發展的關鍵十步，從跟跑到部分領跑
01 誘騙態量子密鑰分發走向實用
2005 年，清華大學學者提出誘騙態量子密鑰分發(QKD)方案 [1]，可很好地應用于實際系統。
2006 年，中國科大團隊率先實現 100 公里誘騙態量子密鑰分發實驗，從此打開了量子保密通信走向實用的大門。后來，該團隊將光纖量子密鑰分發距離拓展到 200 公里 [2]。
2008 年，我國首個 3 節點全通型量子保密電話網絡在合肥試驗成功 [3]，相關技術在 2009 年服務“60 周年國慶閱兵”。
02 規模化城域量子通信網絡建成
2009 年，量子政務網試驗項目 [4] 在蕪湖展開、全通型量子通信網試驗項目 [5] 在合肥展開，驗證了城域網的基礎技術可行性。同年，科大國盾量子、蕪湖問天量子等科技成果轉化公司開始起步。
2011 年，合肥建成全球首個規模化量子通信網絡 —— 合肥城域量子保密通信試驗示范網 [6]。同年，科技部“863 計劃”首個量子通信領域主題項目《光纖量子保密通信綜合應用演示網絡》正式立項，該項目成果之一的組網和應用驗證實驗床 —— 濟南量子通信試驗網 [7] 于 2013 年建成。
03 遠距離量子保密通信干線立項
2013 年，國家發改委正式批復立項世界首條千公里級量子保密通信干線 ——“京滬干線”技術驗證及應用示范項目，由中科院統一領導，中國科大作為項目建設主體承擔。“京滬干線”總長超過 2000 公里，覆蓋四省三市共 32 個節點，通過京滬干線，我國突破了高速量子密鑰分發、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網絡管控等系列工程化實現的關鍵技術，完成了大尺度量子保密通信技術試驗驗證。2017 年 9 月底，“京滬干線”正式開通 [8]。
04 量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空
2016 年，中科院空間科學戰略性先導科技專項、世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空 [9]。
2017 年，“墨子號”提前完成原定三大科學實驗任務：星地雙向量子糾纏分發、星地高速量子密鑰分發、地星量子隱形傳態 [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絡初具雛形 [11]。
2018 年，基于墨子號和“京滬干線”的成績，國家發改委啟動了“國家廣域量子保密通信骨干網絡建設”，列入“新一代信息基礎設施建設工程”支持項目 [12]。
05 量子通信國內外標準逐步建立
2016 年，中國密碼行業標準化技術委員會開始啟動量子密鑰分發相關標準化研究項目 [13]。2017 年，中國通信標準化協會設立量子通信與信息技術特設任務組 [14]，國內量子信息技術方面的標準研究和制訂工作開始加速。截止到 2021 年 6 月，特設任務組共啟動了 2 項國家標制定、12 項行業標準制定、1 項團體標準制定及 25 項研究報告等工作，其中 3 項行業標準已由國家工信部于 2021 年 3 月到 5 月間正式發布 [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標準制定工作中也在發揮著主力作用。2019 年，國際電信聯盟設立“面向網絡的量子信息技術焦點組”[16]，這是國際標準化組織中第一個量子信息技術焦點組，由國科量子、國盾量子、中國信通院、三大運營商、華為、中興、中國信科等中國團隊發起設立。
06 量子通信芯片化初現曙光
2019 年，中國科大團隊及其合作者研制出連續變量量子密鑰分發芯片 [17]，大大縮小了量子通信硬件的體積，為量子通信技術的普及提供了新思路。
2020 年，中國科大團隊聯合國盾量子、中科院上海微系統所，共同搭建了一種新型的量子密鑰分發系統 [18]，開辟了一個新的途徑來實現低成本、可擴展、安全的量子通信網絡。
07 遠距離量子密鑰分發不斷突破
2020 年，中國科大團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公里級基于糾纏的量子密鑰分發 [19]。
2021 年，中國科大團隊聯合濟南量子技術研究院基于“濟青干線”現場光纜，利用國盾量子硬件平臺及上海微系統所的超導探測系統，突破現場遠距離高性能單光子干涉技術，分別采用兩種技術方案實現 500 公里量級雙場量子密鑰分發，創下目前現場無中繼光纖量子密鑰分發傳輸最遠距離紀錄 [20]。
08 量子互聯網之高維度量子隱形傳態首次實現
目前各國推進的基于量子密鑰分發(QKD)的量子保密通信網絡，是“量子互聯網”發展的初級階段，最終目標是實現將用戶、量子計算、量子傳感等節點應用量子隱形傳態等量子通信技術連為一體的量子網絡。
2019 年，中國科大團隊和奧地利研究人員合作，在國際上首次成功實現高維度量子體系的隱形傳態 [21]。這是科學家第一次在理論和實驗上把量子隱形傳態擴展到任意維度，為復雜量子系統的完整態傳輸以及發展高效量子網絡奠定了堅實的科學基礎。
09 量子互聯網之量子計算實現“優越性”
在量子計算方面，2020 年，中國科大團隊構建了 76 個光子的量子計算原型機“九章”[22]，使得我國成功達到量子計算研究的首個里程碑 —— 量子計算優越性。
2021 年，中國科大團隊成功研制了 62 比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”[23]，并在此基礎上實現了可編程的二維量子行走，成為中國超導量子計算的重要里程碑。
10 規模化應用啟航
自 2009 年量子保密通信技術服務國慶 60 周年閱兵后，政務、金融、電力、工業互聯網等領域已有其示范性應用。
2021 年，《Nature》雜志刊發我國“跨越 4600 公里的天地一體化量子通信網絡”[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，推動量子保密通信相關技術產業化。
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：中國科學院
http://www.cas.cn/xw/zyxw/yw/200905/t20090519_2313726.shtml
[5] 來源：科學網
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2009/9/223647.html
[6] 來源：中國科學報
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：中國信息協會量子信息分會《2020 量子安全技術白皮書》
[14] 來源：中國科學院
http://www.cas.cn/sygz/201706/t20170615_4605181.shtml
[15] 來源：中國通信標準化協會
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
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：科學網
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/11/448206.shtm
