中国量子通信发展的十个瞬间
迎建党百年
百年之旅波澜壮阔，百年初心长存。在革命、建设和改革的各个历史时期，中国共产党都十分重视科技事业。在党和国家的领导下，中国科技创新实现了新的跨越，取得了新的成就，量子信息领域也实现了从运行到运行、部分领先的历史性转变。
在今年的中科院院士大会上，习近平总书记六次提到“量子”，命名为“墨子”量子科学实验卫星、76光子量子计算原型的“九章”、62位可编程超导量子计算原型“祖冲之”。展望未来，国家“十四五”计划提出以量子信息等前沿领域为目标，对量子信息、类量子信息、量子计算、量子通信等量子科技前沿技术的攻关进行重大部署。
恰逢中国共产党成立一百周年。不辜负科研人员的期望，有所成就，是科研人员给党的最好的报告。中国信息协会量子信息分会受“打量子技术第一局”的委托，梳理了我国量子通信技术发展的闪光点，共同重访前路，找到了正确的方向，顺势而为，共同取得了巨大的成就！
01
诱骗态量子密钥分发走向实用
2005年，诱饵量子密钥分发(QKD)方案被提出，该方案可以很好地应用于实际系统。
2006年，中国科技大学团队率先实现了100公里诱饵量子密钥分发实验，为量子保密通信的实用化打开了大门。后来团队把光纤量子密钥分发距离扩大到200公里[2]。
2008年，中国首个3节点全通量子保密电话网在合肥测试成功[3]，相关技术服务于2009年第60届国庆阅兵。
02
规模化城域量子通信网络建成
2009年，量子政务网实验项目[4]在芜湖启动，全通量子通信网实验项目[5]在合肥启动，验证了城域网的基本技术可行性。同年，科大国盾量子、芜湖侨田量子等科技成果转化公司启动。
2011年，合肥建成全球首个大规模量子通信网络——合肥城域量子保密通信实验示范网[6]。同年，科技部“863计划”量子通信领域首个主题项目《光纤量子保密通信综合应用演示网络》正式立项，该项目成果之一的——济南量子通信实验网于2013年建成[7]。
03
远距离量子保密通信干线立项
2013年，国家发改委正式批准建立世界首个——“京沪干线”技术验证应用示范项目，由中国科学院牵头，中国科技大学作为项目建设主体承担，安徽、山东支持。
“京沪干线”全长2000多公里，覆盖四省三市32个节点。通过京沪干线，我国突破了高速量子密钥分发、高速高效单光子探测、可信中继传输、大规模量子网络管控等一系列工程实现关键技术，完成了大规模量子保密通信技术的实验验证。2017年9月底，“京沪干线”正式开通[8]。
04
量子科学实验卫星“墨子号”发射升空
2016年，中国科学院空间科学战略试点项目、世界首颗量子科学实验卫星墨子发射[9]。
2017年，“墨子”提前完成了三大科学实验任务：星地双向量子纠缠分配、星地高速量子密钥分配、地-星量子隐形传态[10]。9月29日，《墨子》成功了
信骨干网络建设”，列入“新一代信息基础设施建设工程”支持项目[12]。
05
量子通信国内外标准逐步建立
2016年，中国密码行业标准化技术委员会开始启动量子密钥分发相关标准化研究项目[13]。
2017年，中国通信标准化协会设立量子通信与信息技术特设任务组[14]，国内量子信息技术方面的标准研究和制订工作开始加速。截止到2021年6月，特设任务组共启动了2项国家标准制定、12项行业标准制定、1项团体标准制定及25项研究报告等工作，其中3项行业标准已由国家工信部于2021年3月到5月间正式发布[15]。
2018年，全国量子计算与测量标准化技术委员会在山东济南正式揭牌成立。这是国家标准化管理委员会批复授权，山东省质量技术监督局筹建，济南量子技术研究院为秘书处承担单位的标准化技术委员会，是国内首个量子计算与测量标准化组织。
同时，基于“京沪干线”等实践成果，中国在国际量子信息相关标准制定工作中也在发挥着主力作用。2019年，国际电信联盟设立“面向网络的量子信息技术焦点组”[16]，这是国际标准化组织中第一个量子信息技术焦点组，由济南量子院、国科量子、国盾量子、中国信通院、三大运营商、华为、中兴、中国信科等中国团队发起设立。
06
量子通信芯片化初现曙光
2019年，中国科大团队及其合作者研制出连续变量量子密钥分发芯片[17]，大大缩小了量子通信硬件的体积，为量子通信技术的普及提供了新思路。
2020年，中国科大团队联合国盾量子、中科院上海微系统所，共同搭建了一种新型的量子密钥分发系统[18]，开辟了一个新的途径来实现低成本、可扩展、安全的量子通信网络。
07
远距离量子密钥分发不断突破
2020年，中国科大团队利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发[19]。
2021年，中国科大团队联合济南量子技术研究院基于“济青干线”现场光缆，利用国盾量子硬件平台及上海微系统所的超导探测系统，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，分别采用两种技术方案实现500公里量级双场量子密钥分发，创下目前现场无中继光纤量子密钥分发传输最远距离纪录[20]。
08
量子互联网之高维度量子隐形传态首次实现
目前各国推进的基于量子密钥分发（QKD）的量子保密通信网络，是“量子互联网”发展的初级阶段，最终目标是实现将用户、量子计算、量子传感等节点应用量子隐形传态等量子通信技术连为一体的量子网络。
2019年，中国科大团队和奥地利研究人员合作，在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态[21]。这是科学家第一次在理论和实验上把量子隐形传态扩展到任意维度，为复杂量子系统的完整态传输以及发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。
09
量子互联网之量子计算实现“优越性”
在量子计算方面，2020年，中国科大团队构建了76个光子的量子计算原型机“九章”[22]，使得我国成功达到量子计算研究的首个里程碑——量子计算优越性。
2021年，中国科大团队成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”[23]，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走，成为中国超导量子计算的重要里程碑。
10
规模化应用启航
自2009年量子保密通信技术服务国庆60周年阅兵后，政务、金融、电力、工业互联网等领域已有其示范性应用。
2021年，《Nature》杂志刊发我国“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”[24]成就的文章，审稿人评价称这是量子保密通信“巨大的工程性成就”。
目前，中国电信集团和国盾量子已启动“量子铸盾”行动[25]，计划为10个城市的公共安全提供“量子安全云”，为100个城市提供量子安全组网方案，为10000个政企客户提供量子安全加密解决方案，为1000万移动终端用户提供量子安全通话服务，推动量子保密通信相关技术产业化。
参考来源：
[1] 来源：Physical Review Letters
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.94.230503
[2] 来源：CCSA 《量子保密通信技术白皮书》
[3] 来源：科技日报
http://www.stdaily.com/kjrb/kjrbbm/2021-06/23/content_1159111.shtml
[4] 来源：中国科学院
http://www.cas.cn/xw/zyxw/yw/200905/t20090519_2313726.shtml
[5] 来源：科学网
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2009/9/223647.html
[6] 来源：中国科学报
http://www.cas.cn/xw/cmsm/201202/t20120221_3442898.shtml
[7] 来源：山东省科技厅
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] 来源：新华社
http://www.xinhuanet.com/politics/2017-09/04/c_129695914.htm
[9] 来源：新华社
http://www.xinhuanet.com/world/2016-08/16/c_129231459.htm
[10] 来源：新华社
http://www.cac.gov.cn/2019-02/15/c_1124120504.htm
[11] 来源：国际在线
http://www.cas.cn/cm/201709/t20170930_4616570.shtml
[12] 来源：国家发展与改革委员会
https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201711/t20171127_962601.html
[13] 来源：中国信息协会量子信息分会《2020量子安全技术白皮书》
[14] 来源：中国科学院
http://www.cas.cn/sygz/201706/t20170615_4605181.shtml
[15] 来源：中国通信标准化协会
http://www.ccsa.org.cn/webadmin/#/td-standard/standard-common?no=YD%2FT%203835.1-2021&releaseDate=2021-03-05
[16] 来源：光明网
https://difang.gmw.cn/sd/2019-12/09/content_33387646.htm
[17] 来源：Nature Photonics
[18] 来源：Physical Review X
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.10.031030
[19] 来源：Nature
[20] 来源：Physical Review Letters、Nature Photonics
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.250502
[21] 来源：Nature Photonics
[22] 来源：Science
https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abe8770
[23] 来源：Science
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/05/05/science.abg7812
[24] 来源：Nature
[25] 来源：科学网
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/11/448206.shtm
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