量子科技：从梦想走向实用

 
研发核心芯片、建立技术标准、营造产业生态  
量子科技：从梦想走向实用  
 

日前，国际著名学术期刊《自然》发表了我国在量子科技领域的又一大成就——跨越4600公里的天地一体化量子通信网络。

这篇论文的发表，证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员构建的天地一体化广域量子保密通信网络初具雏形，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。

地面跨度4600千米、多用户量子密钥分发(QKD)、长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究，以及在政务、金融、电力等不同领域的应用示范——搭建这张庞大的“未来工程”网络的设备仪器，不再是实验室里仅仅满足实验需求的产品，而必须是稳定可靠、满足业务运行要求、可批量生产的工业化产品。

这些设备产品是如何在短短数年内，从实验室走向产业化的？日前，记者走访济南量子技术研究院，探寻我国的量子保密通信技术与产品的产业化之路。

筹谋未来工程，十年布局让产业落地

发表在《自然》上的论文，是对我国十几年来量子通信技术发展的一次系统性总结。论文审稿人评价它是“地球上最大、最先进的QKD网络”，将其形容成“大型未来工程”。

目前，天地一体化量子通信网络包括北京、济南、上海、合肥四个光纤量子城域网、一条“京沪干线”，以及连接兴隆、南山两个地面站的星地链路。其中，干线长2000公里，两个卫星地面站相距2600公里。

按通信信道的不同，量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。光纤QKD技术的信道稳定性较好，不易受温度、湿度、天气等环境因素影响，可实现基本恒定的安全码率，在城域城际范围内能方便地连接到千家万户。而超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景，则可通过卫星中转的自由空间信道连接。

因此，将地面光纤和自由空间结合，可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。广域量子通信网络的发展路线，就是通过光纤实现城域量子通信网络、通过中继器实现两个邻近城市间的连接、通过卫星平台中转实现遥远区域间的连接。

就在32年前，人类历史上首次量子通信在实验室诞生，传输了仅仅32厘米。32年之后，量子保密通信何以如此迅速走向工程实践？早在2009年，我国量子科技领军人物、中国科技大学教授潘建伟就开始筹谋量子通信技术产业化之路。

2001年，潘建伟回国在中国科大组建实验室，2004年在国际上首次实现五光子纠缠及终端开放的量子隐形传态。这是国内量子信息研究领域第一篇发表在《自然》上的论文，也标志着中国在多光子纠缠操纵方面的工作，已成功跃居国际领先水平。

当科研逐渐从“跟跑” “并跑”走向“领跑”,潘建伟团队也开始意识到,真正有应用价值的量子科技,需要多方面技术的综合集成,并且达到工程化的实用水平。

2009年5月，中国科学技术大学量子通信团队创立科大国盾量子技术股份有限公司，迈出了量子通信技术产业化的第一步。2010年，山东省与中国科大签订协议，引进国盾量子团队，投入大量资金支持量子通信产业落地。2011年5月，济南量子技术研究院成立，主要开展量子科学基础研究和应用基础研究，为量子科研成果转化提供技术支撑，并承担组织建设量子科技公共研发平台、建设量子保密通信试验网等任务。

自此，潘建伟团队基本奠定了合肥—上海—济南的三元发展态势，分别以基础研究、应用基础研究、产业化为主要任务，形成从实验室到产业的联动发展态势。

有了产业化的支撑，我国量子通信开始了脚踏实地的发展。2011年12月，作为中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，“墨子号”量子科学实验卫星立项；2013年7月，“京沪干线”项目立项。一边突破前沿关键技术，一边技术落地转化成设备与产品，不断提升产品稳定性、安全性，这为我国搭建起世界首个天地一体化量子通信网络奠定了坚实基础。

突破硬核技术，让光子顺畅“奔跑”

在中国科大上海研究院有一个展示大厅，屏幕上滚动显示着“京沪干线”覆盖四省三市共32个节点的示意图。这是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线。