2016 量子通信这一年

　　2016年，通信技术发展飞速的一年，第五代移动通信技术(5G)、物联网(IoT、NB-IoT)、云计算和量子通信都飞速发展。通过这一年，各技术发展更加成熟。其中，论发展最迅速的当属量子通信。从实验室走进生活，从理论研究到量子干线建设、量子卫星的发射，今年可谓是一个量子通信应用发展元年。

　　2016年1月，郭光灿院士宣布100公里内光纤网络量子密码基本上已可以实际应用，正处于试用阶段。郭光灿院士在题为《奇妙的量子世界》的演讲中，从量子世界的奇异特性、量子计算机、量子密码以及量子世界的奥秘等方面介绍了科学界对于量子理论与实验的探讨过程，以及量子理论在实际生活中的应用;着重介绍了量子密码与量子计算机在未来科技中所扮演的重要角色，以及量子技术在信息安全、文件传输、数据储存方面的应用。

　　一次一密可以做到无条件安全，问题是如何分配密钥。郭光灿指出，现在我们可以靠量子密码来解决这个问题。量子密码是利用信息载体(例如光子等粒子)的量子特性，以量子态作为符号描述的密码。利用量子的性质，量子的不确定性和概率性，可以规避经典密码中的短板。

　　2016年3月，中国科学技术大学教授、中国科学院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在新型量子比特编码方面取得新进展。该实验室郭国平研究组及合作者首次在砷化镓半导体量子芯片中成功实现量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特，研究成果已经发表在《物理评论快报》上。

　　该研究组致力于半导体量子芯片的开发，沿着电荷编码量子比特实现超快量子计算路线图，在先后实现电荷编码超快普适单量子比特逻辑门[Nature Communications 4， 1401(2013)]和两量子比特控制非逻辑门[Nature Communications 6， 7681(2015)]的基础上，继续探索延长电荷编码比特相干时间的新方法，在保证量子比特超快操控速度的同时，获得与自旋编码量子比特同样的长相干特性，实现量子比特超快操控与长相干时间兼得，从而解决在比特相干时间内尽可能多地完成量子操控这一核心问题。

　　2016年3月，斯坦福大学的研究人员发明了一种新型量子光源，它或许能够成为未来量子通信的基础。该研究团队在《自然·光子学》上发布了他们的这项研究成果。要想建立量子网络，并以量子通信为标准通信方式，其中最关键的一个是如何收发量子数据。科学家利用类似于降噪耳机的原理，制造出了可以消除杂光输出单个光子的光源。

　　这张放大的效果图中显示了砷化镓(GaAs)芯片的结构。下方的粉红色锥形表示入射的经典激光。中间的蓝色区域表示砷化铟(InAs)，当经典激光通过的时候会产生单个光子。上方的粉红色锥形和蓝色锥形分别表示射出的经典激光和单光子，借助单光子便可以实现绝对安全的保密通信。Jelena Vuckovic是这篇文章的主要作者(senior author)，她是斯坦福大学电气工程专业的教授，近年来正在研究纳米尺寸激光源以及相关的量子技术。她希望将传统计算机中依靠电信号通信的方式改进为光信号通信，从而提高计算机的通信速率。她带领博士生Kevin Fischer等人改进了一种纳米激光源，使其可以高效地产生单光子，用于量子通信。借鉴了20世纪30年代的无线电技术，用“干涉相消”的方法抵消掉了多余的经典光。他们首先研究清楚这些杂光的波形，然后人为制造出波形相似但相位不同的光，通过精密的调节使两种光叠加抵消，于是杂光便得以消除，有意义的单光子信号则显露出来。这是一项重大进展，为实现量子通信奠定了基础。

　　2016年7月，“十三五”国家科技专项量子通信和5G被“点名”。

　　由总理李克强主持的国务院常务会议，通过“十三五”国家科技创新专项规划，布局建设一批重大科技设施，当中包括量子通讯、精準医疗等重点领域启动一批新的重大科技项目，强化种业、煤炭清洁高效利用、第五代移动通讯(5G)、智能机器人等重大产业技术开发，加强知识产权保护和运用。量子通讯作为近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

　　2016年8月，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。作为量子通信领域的技术强国，中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。

　　我国自主研发的量子卫星突破了一系列关键技术，包括高精度跟瞄、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等。量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。

　　2016年10月，在中国量子信息技术产业发展峰会上，量子通信中国科学院院士、通信与量子技术专家尹浩则进一步提及，到2020年，区域量子通信网络可成熟应用，天地一体的量子通信网络则可在2030年投入应用。此举意味着，中国拥有了一支潜心于将量子技术、科研成果产业化的“国家队”。这使得在量子通信领域进行研发投入和实践的企业备受关注。

　　2016年10月，18日将是量子通信产业的“好日子”，全球第一条量子通信商用干线“沪杭干线”(浙江段)届时宣布开通。这也标志着量子通信产业市场化运营大幕开启。量子通信有国家政策的支持和先进技术的支撑，社会资本进入的意愿也非常强烈，产业发展已经进入黄金时代。

　　据介绍，“沪杭干线”总长约260公里，途径上海秀浦路、漕河泾、大港、嘉兴东、桐乡、杭州6个中继站。浙江段的建成被业内人士看作是中国量子通信网络完善的开端。未来一两月内，“沪杭干线”将全线贯通。“沪杭干线”和“京沪干线”一样，都是未来量子通信网络里的重要组成部分。区别在于：“京沪干线”实现了从无到有的改变，“沪杭干线”则是进一步优化的产物，尤其是在商用价值的探索上。未来，“沪杭干线”还可能与“京沪干线”接通。

　　2016年11月，由该市政府、中国航天科工集团第四研究院共同主办的激光技术与产业发展创新论坛上，相关各方签署《量子保密通信“武合干线”项目框架协议》。不久的将来，武汉市民能体验绝密级的通信方式。

　　“武合干线”(武汉-合肥量子保密通信干线)是国家“量子保密通信京沪干线”项目的首条商业延伸线，将是我国量子保密通信骨干网的重要组成部分，是实现量子保密通信服务与长江中游城市群和建设武汉城市圈节点的基础工程。

　　量子通信作为一项新技术，要从实验室走出来，实现市场化、产业化并非一朝一夕之事。相对于传统通信，量子通信应用的较高成本，以及配套设施尚未完善，成为其产业化发展的挑战。我国量子通信科研虽然起步晚于国外，但大规模商业应用走在世界前列。量子通信被纳入《规划》所培育发展的战略性产业，体现出国家对重点发展量子通信的决心。事实上，中国的量子通信技术已经达到世界顶尖水平，领先欧美国家不止一个身位。