日前，世界闻名学术期刊《天然》宣布了我国在量子科技范畴的又一大效果——跨过4600公里的六合一体化量子通讯网络。
这篇论文的宣布，证明了广域量子保密通讯技能在实践运用中的条件已开端老练。我国科研人员构建的六合一体化广域量子保密通讯网络初具雏形，为未来完成掩盖全球的量子保密通讯网络奠定了科学与技能根底。
地上跨度4600千米、多用户量子密钥分发(QKD)、长达两年多的安稳性和安全性测验、规范化研讨，以及在政务、金融、电力等不同范畴的运用演示——树立这张巨大的“未来工程”网络的设备仪器，不再是试验室里只是满意试验需求的产品，而有必要是安稳牢靠、满意事务运转要求、可批量生产的工业化产品。
这些设备产品是怎么在短短数年内，从试验室走向工业化的？日前，记者造访济南量子技能研讨院，探寻我国的量子保密通讯技能与产品的工业化之路。
宣布在《天然》上的论文，是对我国十几年来量子通讯技能展开的一次系统性总结。论文审稿人点评它是“地球上最大、最先进的QKD网络”，将其描述成“大型未来工程”。
现在，六合一体化量子通讯网络包含北京、济南、上海、合肥四个光纤量子城域网、一条“京沪干线”，以及衔接兴隆、南山两个地上站的星地链路。其间，干线公里，两个卫星地上站相距2600公里。
按通讯信道的不同，量子密钥分发首要有光纤和自由空间两种完成办法。光纤QKD技能的信道安稳性较好，不易受温度、湿度、气候等环境要素影响，可完成根本稳定的安全码率，在城域城际规模内能方便地衔接到千家万户。而超远间隔、移动方针、岛屿和驻外安排等光纤资源受限的场景，则可经过卫星中转的自由空间信道衔接。
因而，将地上光纤和自由空间结合，能够完成大规模、全掩盖的全球化量子通讯网络。广域量子通讯网络的展开道路，便是经过光纤完成城域量子通讯网络、经过中继器完成两个附近城市间的衔接、经过卫星渠道中转完成悠远区域间的衔接。
就在32年前，人类历史上初次量子通讯在试验室诞生，传输了只是32厘米。32年之后，量子保密通讯何故如此敏捷走向工程实践？早在2009年，我国量子科技领军人物、我国科技大学教授潘建伟就开端筹谋量子通讯技能工业化之路。
2001年，潘建伟回国在我国科大组成试验室，2004年在世界上初次完成五光子羁绊及终端敞开的量子隐形传态。这是国内量子信息研讨范畴第一篇宣布在《天然》上的论文，也标志着我国在多光子羁绊操作方面的作业，已成功跃居世界领先水平。
当科研逐步从“跟跑” “并跑”走向“领跑”,潘建伟团队也开端意识到,真实有运用价值的量子科技,需求多方面技能的归纳集成,并且到达工程化的有用水平。
2009年5月，我国科学技能大学量子通讯团队创建科大国盾量子技能股份有限公司，迈出了量子通讯技能工业化的第一步。2010年，山东省与我国科大签订协议，引入国盾量子团队，投入许多资金支撑量子通讯工业落地。2011年5月，济南量子技能研讨院树立，首要展开量子科学根底研讨和运用根底研讨，为量子科研效果转化供给技能支撑，并承当安排建造量子科技公共研制渠道、建造量子保密通讯试验网等使命。
自此，潘建伟团队根本奠定了合肥—上海—济南的三元展开态势，别离以根底研讨、运用根底研讨、工业化为首要使命，构成从试验室到工业的联动展开态势。
有了工业化的支撑，我国量子通讯开端了兢兢业业的展开。2011年12月，作为中科院空间科学先导专项第一批科学试验卫星之一，“墨子号”量子科学试验卫星立项；2013年7月，“京沪干线”项目立项。一边打破前沿要害技能，一边技能落地转化成设备与产品，不断提高产品安稳性、安全性，这为我国树立起世界首个六合一体化量子通讯网络奠定了坚实根底。
在我国科大上海研讨院有一个展现大厅，屏幕上翻滚显现着“京沪干线个节点的示意图。这是现在世界上最远间隔的依据可信中继计划的量子安全密钥分发干线。
“这条干线上，有不少设备就来自济南的量子通讯工业化基地。”身为济南量子技能研讨院履行院长，张强在上海研讨院的时刻也不少，由于济南有许多技能的工业化源头出自上海研讨院。
由张强所担任的周期极化铌酸锂波导芯片研制渠道，就设在济南量子院。现在，这一渠道是世界前三、我国大陆仅有把握逆向质子交流铌酸锂波导技能的研制安排，已完成周期极化铌酸锂波导芯片的彻底自主化、国产化、量产化,芯片相关技能参数已到达世界领先水平。
“铌酸锂是一种很好的光信号调制资料，用它做成的波导芯片，是量子通讯网络中不可或缺的中心器材之一。”张强打了个比方，这就比方巨大的电网需求大大小小的变压器，才干使得发电厂的电力顺利输送到大城小村的每个旮旯，光信号在传输过程中，相同需求改换频率，来确保信息的高功率传输。比方，自由空间光通讯的频率和光纤通讯的频率就不共同，来自卫星的光信号 “落地”之后，有必要改换频率，才干在光纤中持续“奔驰”，而波导芯片便是承当这一重要使命的。
“咱们已根本树立起了铌酸锂波导芯片的全工业链条，掩盖从铌酸锂晶体生长到集成化多通道量子频率转化芯片多个要害环节。并且，咱们在该芯片根底上，经过世界协作，研制出了多种单光子探测器。”张强介绍，新研制的单光子探测器功率现已比“墨子号”中所运用的有了大幅提高，未来功率还可进一步提高。
值得一提的是，环绕波导芯片，相关上下游企业现已在济南量子技能研讨院周围，开端构成了一个工业生态链，不少激光相关企业现已与研讨院树立了协作关系。
依据潘建伟的想象，在 “墨子号”之后，还将研制地球停止轨迹量子通讯卫星，完成白日量子通讯，甚至构建“量子星座”。现在，济南量子院与我国科大现已在世界上初次成功完成了白日远间隔自由空间量子密钥分发，经过地基试验验证了日光条件下星间和星地之间量子密钥分发的可行性。这为未来构建依据量子卫星的星地、星间量子通讯网络奠定了根底。
在济南量子技能研讨院的顶楼露台，架起有一台小型量子通讯地上接纳站。在现在的六合一体化量子通讯网中，用来与“墨子号”树立星地链路的，是两个体型巨大的地上接纳站。而未来，这种分量仅在百公斤左右的小型地上站，将会逐步成为干流。
济南量子技能研讨院副院长周飞介绍，这是全球首套小型化可移动量子卫星地上站，已与“墨子号”成功完成了星地对接。现在，此类可移动小型地上站已和世界上多个地上站进行了星地量子密钥分发试验，未来有望进一步做到可单人转移。一起，在确保密钥分发速率的前提下，团队还成功研制出了几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷，这些效果也为构成卫星量子通讯世界技能规范奠定了根底。
在《天然》这篇关于量子保密通讯网络的总结性论文中说到，这张网络已展开了长达两年多的相关技能验证和运用演示以及许多的安稳性测验、安全性测验及相关规范化研讨，经过了光子数别离进犯、致盲进犯、时移进犯、波长依靠进犯和一些潜在的特洛伊木马进犯等安全性测验，成果表明“京沪干线”能够抵挡现在一切已知的量子黑客进犯计划。
济南量子技能研讨院正在建造一个量子保密通讯攻防渠道。“网上关于量子通讯安全性的质疑许多，但真实跑来‘打擂台’的还十分少，专业团队就更少。”周飞介绍，多年来，济南量子院也一向致力于量子通讯安全的根底研讨，在世界上创始性地展开了“丈量器材无关量子密钥分发”理论和“双场量子密钥分发”理论，别离支撑完成了404公里和509公里量子保密通讯世界纪录。
从2009年开端推进量子技能的工业化，到现在已有150多家职业用户接入，六合一体化量子通讯网络现已完成了有用化。据介绍，现在京沪干线网络的密钥分发量能够支撑1.2万以上用户一起运用。
在广域量子通讯网络的雏形已根本构成的根底上，未来进一步推进量子通讯在金融、政务、国防、电子信息等范畴的广泛运用，已是适当明晰的展开趋势。跟着骨干网的扩展，这张六合一体化量子通讯网络还将构成更杂乱的拓扑结构，往后将有或许在此根底上，构建国家地基授时网络，为定位、导航和授时服务供给保证。
怎么让量子保密通讯能够进入寻常百姓家，一向是研制团队重视焦点之一。2017年，国盾量子就与中兴协作，推出了全球首款运用量子密钥的商用安全加密手机。这种手机选用特制的SIM卡，将量子密钥充入手机中。不过，现在此款手机还不能随时接纳量子密钥，只能运用存储在SIM卡中的密钥，来树立量子保密通讯的链路。密钥耗费完之后，就有必要从头“充”入新一批密钥，方能持续运用。不久之后，此类手机也将完成“多卡合一” “多号合一”形式，未来凭借六合一体化量子通讯网络等新基建造施,完成有线和无线之间的互联互通。
周飞以为，未来或许每栋修建都或许会预留出量子通讯的信道接口，一幢大楼只需放置一台量子加密机，就能为一切用户供给暗码接纳服务。
不过，要将这些愿望变为实际，要害就在于树立规范。现在，在六合一体化量子通讯网络许多测验成果及规范化研讨的根底上，全球三大规范化安排之一ISO/IEC正在依据京沪干线的实践编制世界规范《QKD安全要求、测验与评价办法》，另一世界安排ITU也正依据京沪干线的建造形式起草可信中继安全要求、QKD网络功用架构等世界规范。
在规范树立的过程中，济南量子技能研讨院承当着其间的许多作业。“让量子科技与职业展开结合，在工业互联网、金融等范畴，必定能够发生许多新业态、新形式。”周飞信任，量子科技所带来的工业革命，必将会释放出不可思议的巨大能量，给人类社会展开带来新纪元。
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