中国科学技术大学7日宣布，中国科学技术大学潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作，构建了全球首个星地量子通信网，该成果已在英国《自然》杂志上刊发。
　　量子通信的巨大成就
　　研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上，构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发（QKD）链路和两个卫星对地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络，实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发，并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。这标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。《自然》杂志审稿人评价称，这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络，是量子通信“巨大的工程性成就”。
　　目前天地一体化量子通信网络覆盖我国四省三市32个节点，包括北京、济南、合肥和上海4个量子城域网，通过两个卫星地面站与“墨子号”相连，总距离4600公里，目前已接入金融、电力、政务等行业的150多家用户。2019年初，国家电网有限公司基于该网络，建立了跨越2600公里、从北京总公司至国网新疆电力有限公司的量子密钥分发信道，实现了电力通信数据加密传输，首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。
　　本工作发展的相关技术也为量子通信系统小型化、低成本、国产化奠定了基础。最近团队成功研制了重量约百公斤的小型地面站，实现了与墨子号的星地量子密钥分发实验，和国际多个地面站进行的星地量子密钥分发实验，未来有望进一步做到可单人搬运；同时，在保证密钥分发速率的前提下已经成功研制几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷，这些成果也为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。
　　目前，广域量子通信网络的雏形已基本形成，未来在此基础上，可进一步推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的广泛应用。骨干网的扩展，将形成更复杂的拓扑结构，并在基础上构建国家地基授时网络，为定位、导航和授时服务提供保障。另一方面，地面网络与量子卫星结合，为超大尺度量子干涉的相关实验提供了有利基础，如探索量子力学与广义相对论融合等问题，为量子引力的基础检验和用于计量应用的大规模干涉测量提供了可能。
　　从跟跑者到领跑者
　　量子通信是量子科技三大方向之一，经过20多年努力，中国在该领域实现了从跟跑到领跑的重大转变。2016年，中国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”；2017年，建成世界首条量子保密通信干线“京沪干线”。
　　在天地一体化量子通信网络大量测试结果及标准化研究的基础上，全球三大标准化组织之一ISO/IEC正在基于京沪干线的实践编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》，另一国际组织ITU也正基于京沪干线的建设模式起草可信中继安全要求、QKD网络功能架构等国际标准。
　　在我国“墨子号”和“京沪干线”等一系列量子通信重要成果的引领下，欧美等国也陆续加快推进量子通信基础设施建设。2020年美国发布《量子网络战略愿景》和《量子互联网国家战略蓝图》，其中《量子网络战略愿景》提出，“未来5年，美国将展示实现量子网络的基础科学和关键技术，从量子互连、量子中继器、量子存储器到高通量量子信道，以及洲际天基纠缠分发”；欧盟发布量子旗舰计划《战略研究议程》，提出“3年愿景是利用QKD协议和具有可信中继节点的网络实现全球范围的安全密钥分发，年~10年愿景是使用量子中继器在光纤上实现800公里以上的量子通信”。
　　新安晚报安徽网大皖客户端记者陈牧