一、基本情况简介

　　量子通信是最早可能走向实用化和产业化的量子信息技术，它利用量子力学原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题，将对国家核心竞争力提升产生深刻的影响，因此成为世界主要发达国家优先发展的科技高地。

　　发展量子通信技术的终极目标是构建广域乃至全球范围的安全量子通信网络。通过光纤实现城域量子通信网络连接一个中等城市内部的通信节点、通过中继技术实现邻近两个城市之间的连接、通过卫星与地面站之间的自由空间光子传输和卫星平台的中转实现遥远两个区域之间的连接，是国际公认的实现广域量子通信网络最理想的发展路线图。

　　“十二五”期间，量子通信朝着高速率、远距离、网络化的方向快速发展，中国科学院凝练院内的优秀研究队伍，前瞻性地部署实施了战略性先导科技专项等一批重大项目，取得了一系列具有重要国际影响的原始创新成果，充分发挥了科技创新“国家队”和“火车头”的作用，使得量子通信已经成为中科院乃至我国为数不多的具有世界领先水平的尖端技术。

　　二、“十二五”预期科学目标以及阶段工作情况

　　在科技部、教育部、基金委和中科院等部门的长期支持下，我国在发展量子通信技术方面已经形成了很好的理论和实验技术储备，培育了一批优秀的研究队伍。“十二五”期间，设置了以下科学目标和工作计划：大幅提高光纤量子通信的速率与距离，实现相关核心量子器件的国产化，推进量子通信技术的产业化；实现长寿命、高效率的量子存储及量子中继；提升自由空间量子通信的性能，发展高保真度、全天候超远距离量子通信的关键技术，实现自由空间量子信道与光纤量子网络的无中继连接。围绕上述目标，中科院在“十二五”期间进行了若干重要部署。

　　2011年，中科院启动了战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”，由潘建伟小组牵头实施，计划于2015年底前后发射，将在国际上率先实现高速的星地量子通信网络，初步构建我国的广域量子通信体系，同时可实现空间尺度量子力学非定域性检验，探索对广义相对论、量子引力等基本理论的实验检验。

　　同年，科技部启动了863主题项目“光纤量子通信综合应用演示网络”，目标是突破量子通信工程化、大规模组网的关键技术，并探索与经典光通信网络的融合。

　　2012年，中科院启动了“量子系统的相干控制”战略性先导科技专项（B类），着力实现全面国产化的量子通信核心材料与器件，发展可支持远距离量子通信的高性能量子中继技术、全天候自由空间量子通信技术以及新型高速单光子探测技术等若干面向未来的量子通信关键技术。

　　2013年，在国务院和发改委的支持下，中科院联合安徽省、山东省以及中国有线、中国银监会、中国工商银行和相关国防部门，启动了光纤皮长两千公里左右的量子通信骨干网工程“京沪干线”项目，由潘建伟小组牵头实施，将于2016年前后建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，推动量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用，带动相关产业发展。该干线建成后，还将为量子物理基本原理和量子精密测量等提供大尺度的技术试验床。

　　与此同时，在已取得的领先优势基础上，中科院以中国科学技术大学为依托，适时成立了中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心，将加快推动该领域的发展作为“率先行动”计划的重要布局，同时通过整合院内相关研究所和南京大学、国防科大等优势高校，在教育部支持下成立了量子信息与量子科技前沿协同创新中心，根据“最优、最简、互补”的原则对我国在量子信息领域的主体研究力量进行了初步整合，为下一步更好更快发展打下了基础。

　　三、总体进展以及亮点工作

　　我国在量子通信技术的产业化预备方面一直处于国际领先水平。早在2006年，中国科大潘建伟小组就在有关国防部门的要求下开始开展量子通信装备预先研究项目。2008年，该小组在合肥市实现了国际上首个全通型量子通信网络，并利用该成果为60周年国庆阅兵关键节点间构建了“量子通信热线”，为重要信息的安全传送提供了保障。2009年，该小组又在世界上率先将采用诱骗态方案的量子通信距离突破至200公里。2012年，该小组在合肥市建成了世界上首个覆盖整个合肥城区的规模化（46个节点）量子通信网络，标志着大容量的城域量子通信网络技术已经成熟。同年，该小组与新华社合作建设了“金融信息量子通信验证网”，在国际上首次将量子通信网络技术应用于金融信息的安全传输。2012年底，该小组的最新型量子通信装备在北京投入常态运行，为“十八大”、抗战胜利70周年阅兵等国家重要政治活动提供信息安全保障。在该项目的成果下，2013年，在济南建成了城域量子通信试验网，进一步提升了器件性能，并积累了大量网络运行管理的经验。2013年，潘建伟小组又在核心量子通信器件研究上取得重要突破，他们成功开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器，并利用该单光子探测器在国际上首次实现了测量器件无关的量子通信，成功解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，大大提高了现实量子通信系统的安全性；2014年，潘建伟小组进一步实现了200公里测量器件无关量子密钥分发。

　　在量子中继技术研究方面，潘建伟小组是国际上少数几个处于引领地位的研究团队之一。2008年，潘建伟小组利用冷原子量子存储首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换，完美演示了量子中继器；2012年，潘建伟小组实现了国际上综合性能最优的长寿命、高读出效率量子存储，最近又将量子存储的性能进一步提升，已可满足600公里量子中继的需求。

　　潘建伟小组作为国内唯一领衔开展星地自由空间量子通信实验研究的团队，早在2005年就实现了距离达13公里的自由空间量子纠缠分发和量子通信，在国际上首次证明纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后，纠缠仍然能够保持，并可应用于高效、安全的量子通信，为后续自由空间量子通信实验奠定了基础。2010年，该小组又实现了当时国际上距离最远的（16公里）自由空间量子态隐形传输。2012年至2013年间，该小组实现了百公里自由空间量子态隐形传输和纠缠分发，并实现了星地量子通信可行性的全方位地面验证。这些研究工作通过地基实验坚实地证明了实现基于卫星的全球量子通信网络和开展空间尺度量子力学基础检验的可行性。

　　在“十二五”期间，“在国际上首次将自由空间量子通信的距离突破到百公里量级”的研究成果入选2012年中国十大科技进展新闻；“利用测量器件无关量子密钥分发解决量子黑客隐患”的研究成果入选美国物理学会2013年度国际物理学重大进展；“量子通信安全传输创世界纪录”的研究成果入选2014年中国十大科技进展新闻；2015年，潘建伟团队又成功实现了单光子多自由度的量子隐形传态，为发展可扩展的量子网络技术奠定了坚实的基础。

　　2012年底，英国《自然》杂志在其评选的年度十大科技亮点中专门报道了潘建伟小组在量子通信领域的研究成果，并指出：“在量子通信领域，中国用了不到十年的时间，由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅，将领先于欧洲和北美……。”

　　相关链接：多光子纠缠及干涉度量获2015年度国家自然科学一等奖