我国量子信息技术论文发表

中国科技大学7日宣布，中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发，标志着中国建成了天地一体的广域量子通信网雏形，为将来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学基础。7月7日清晨，中国科学技术大学潘建伟教授和同事陈宇奥、彭承志，以及中国科学院上海技术物理研究所、济南量子技术研究所、中国有线电视网络有限公司王建宇课题组。在国际学术期刊《自然》上发表了一篇题为《跨越4600公里的综合量子通信网》的论文，证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已经初步成熟。

据介绍，《自然》杂志评论员评论说，这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络，是量子通信的伟大工程成就。2016年，中国成功发射了世界上第一颗量子科学实验卫星墨子。2017年，我国建成全球第一条量子保密通信干线京沪干线。在京沪干线与墨子成功对接的基础上，中国科研团队建成了世界上第一个集成700多条地面光纤量子密钥分发链路和两条星地自由空间高速量子密钥分发链路的广域量子通信网，实现了星地一体化的大规模，多用户量子密钥分发。整个网络覆盖全国四省三市32个节点，包括北京、济南、合肥、上海4个量子城域网。它通过两个卫星地面站与墨子相连，总距离为4600公里。目前已接入金融、电力、政务等行业用户150多个。

量子密钥分发主要在光纤和自由空间中实现。光纤量子密钥分发技术的信道稳定性好，可以实现基本恒定的安全码率，可以方便地连接到大都市圈的千家万户；而在光纤资源有限的情况下，它可以通过卫星传输的自由空间信道连接。将地面光纤与自由空间相结合，可以实现大规模、全覆盖的全球量子通信网络。

只有我国拥有强大的科技实力，其他国家才不敢攻击我国。我国能越来越强大，并能成功制造出世界上第一台星地量子通信网络表。我们的科研人员很有实力，他们的创新能力也很强。我们应该多了解这些科研人员。只有这些科研人员的存在，我们的中国才能更强大它才能变得越来越强大。如今，打仗已不仅仅是一个枪炮时代，而是一个科技时代。只有当一个科技强盛的国家处于战争状态时，它的机会才会很大。

我国的量子通信技术起步晚于欧美国家，但近几年来取得了重大进展。当前我国在量子通信领域的产业化进程已经远远超过欧美国家。量子通信的产业链主要包括四个环节：核心零组件、量子设备与解决方案、网络建设与系统集成和网络运营。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，在国际学术期刊杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”的论文，正是预示着我国量子保密通信技术成熟到了足以实用的地步，遥遥领先于世界水平。

1、我国在量子纠缠方面刷新了世界纪录。

潘建伟院士和他的团队在2004年、2007年和2012年先后实现了五光子纠缠态、六光子纠缠态、八光子纠缠态的制备与操纵，均属于世界第一次。此外，他还完成了“量子中继器”的实验与制作，这是长程量子通信中急需的举措，为将来实现广域量子通信网络奠定了坚实的基础。

2、中国打破了量子信息技术应用的技术瓶颈。

潘建伟团队经过大量的饰演，验证了远距离量子通信与空间尺度量子实验，首次实现距离大于垂直大气层等效厚度的自由空间双向纠缠分发，首次实现16公里自由空间量子态隐形传输，2011年10月至2012年6月在国际上接连首次实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和双向纠缠分发，为实现广域量子通信和大尺度量子计算打下了坚实的基础。

3、中科院则完成发射首颗“量子科学实验卫星”。

2016年8月16日1时40分04秒，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发射升空。此次发射任务的圆满成功，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

可能很多人还记得这些新闻，2016年8月16日，我国发射了世界上第一颗量子科学实验卫星。

国际上几乎所有最重要的媒体，如BBC、《纽约时报》，还有《自然》、《科学美国人》等杂志，都报道了这个事件，并把它评为改变世界的十个重大科学事件之一。《华尔街日报》也以《沉寂了一千年，中国誓回发明创新之巅》为题进行报道。

以量子卫星为代表的来自中国的一系列量子信息技术成果，也直接或者间接触发了欧洲和美国的重大投入。比如，欧洲正式启动了量子技术旗舰项目，美国也通过了“国家量子行动法案”。

最近几十年，物理学发展到新的阶段，即使有百亿亿个光子，在实验室里可以精准地控制一个一个的光子、一个一个的原子。这些技术正在催生“第二次量子革命”的一些新技术，包括安全通信、超快计算、精密测量等技术。

我国量子信息领域在高水平期刊上发表论文的情况，可以看到，从1998年开始，高水平论文数量已经增长了80多倍，这也是我们国家科技方面在改革开放40年里进步的缩影。

未来在地面用光纤的方法实现城市里多个节点的量子通讯网络，再利用卫星实现超远距离，例如几千公里的安全信息传输，组建一个能够保障国家信息安全的骨干网，同时催生下一代的信息技术。

总的来说，量子通信已经比较成熟了，而且我国是全面领先于欧洲和美国的。但量子计算刚刚从基础研究迈入技术积存和集中攻关的阶段，根据其实现难度，基本可以分为三个阶段。

1、量子霸权是一个学术定义，指能够造出一台在某个问题上超越经典计算机能力的量子计算机，我国有希望在未来的不长的时间内能够达到这个目标。

2、未来的5—10年，能够实现一些有实用价值的，比如可以应用于材料设计、组合优化、大数据等的模拟机。

3、量子精密测量的实现难度比量子计算容易，它的应用将也会非常广泛。利用量子比特非常敏感的特征测量一些重要的物理量，比如重力、磁场、电场、温度等，从而把它用于导航技术、生命医学检测等方面。

虽然目前态势较好，但我国也面临着一些非常严峻的挑战。2017年10月24日，美国召开听证会讨论如何保证美国在量子技术国际竞争中的领导地位。

会议提到：“德国最先开展原子弹研制，但美国率先造出原子弹；前苏联最先进入太空，但美国率先实现了登月。尽管目前中国在量子技术若干方向上暂时具有优势…”

“……只要美国有意愿，就一定能够再次领先……美国绝对无法承受在量子技术革命竞争中失败的代价。”

最后做一个总结，“曼哈顿计划”改变了20世纪的世界格局。“第一次量子革命”时，因为历史原因，中国并没有太多的参与，但现在“第二次量子革命”是一个非常好的机遇，是一个能够使我们从之前的跟随者、模仿者变为引领者的机会，希望中国的科学家希望在“第二次量子革命”里能够发挥非常好的作用。

这意味着我国在量子通讯领域得到了迅速的发展，处于国际发展的前沿地位，是我国迈向科技强国的一个重要标志。

作者 | 陈欢欢

近日，光量子计算和大尺度光量子信息处理两项成果双双入选中国科学院“率先行动”计划第一阶段59项重大 科技 成果及标志性进展。

8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”迎来4岁生日。在距离地球500公里的轨道上，这颗超期服役2年的“老”卫星仍然捷报频传。

6月15日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟领衔的合作团队在《自然》发表论文，在国际上首次实现了基于纠缠的无中继千公里级量子保密通信。这也是“墨子号”4年间产生的第5篇《自然》《科学》论文。

随着一项项科学实验的成功，卫星量子通信的应用前景日益清晰。

战略布局占先机

7月23日，美国能源部公布报告，规划了美国“量子互联网”战略蓝图。欧盟早在2016年也提出过“欧洲量子技术旗舰计划”，打算用10年建成量子互联网。

可喜的是，我国在这一领域，相关基础研究和工程技术水平都处于国际引领地位。

今年3月，我国科学家刚刚创造了光纤量子通信509公里的新纪录。同时，“墨子号”保持着星地之间1200公里量子通信的世界纪录。“墨子号”和“京沪干线”的成功实施，构建了国际首个天地一体的广域量子通信网络雏形。

之所以能“起个大早、赶个早集”，得益于潘建伟的战略眼光与布局。

量子 科技 研究主要集中在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域，有多光子纠缠、光量子计算、超冷原子量子模拟、光晶格量子模拟、量子中继器等诸多方向。

这么多学科方向，一个人不可能包打天下。从单枪匹马到带领一支近百人的团队，潘建伟用了10多年时间。

本世纪初，量子 科技 在中国还颇为冷门。潘建伟也面临着学科方向不被理解、申请经费四处碰壁的困境。

在人手紧缺的情况下，他却果断地把优秀学生纷纷送走。德国海德堡大学、奥地利因斯布鲁克大学、美国斯坦福大学、英国剑桥大学、瑞士日内瓦大学……这些量子科学和技术顶尖团队所在地，都留下了潘建伟弟子学习的身影。

如今，各研究室独当一面的负责人正是当年那些漂流四海的年轻人。

“墨子号”量子纠缠源分系统主任设计师印娟的成长路线却略有不同。

2002年，大二结束的暑假，印娟来到潘建伟实验室，成为实验室第一位女生，从此再没有离开。

2017年，“墨子号”千公里级星地双向量子纠缠分发实验成功，以封面论文的形式发表在《科学》，印娟成为团队里第一个同时拥有《自然》和《科学》第一作者身份的科学家。

善于布局，也安心等待。这样的一支团队，一出手就是“大”成果不足为奇。

敢想敢干出奇迹

“墨子号”科学应用系统主任设计师任继刚，至今仍清楚地记得读博时第一次听潘建伟作报告的情景。“太神奇了，就像听一个科幻故事。”他回忆说。

在场的很多人可能也跟任继刚一样，把量子 科技 当成科幻故事。而作报告的那个人却是认真的。

2003年，潘建伟陷入量子通信研究瓶颈。由于光子在光纤传输时损耗太大，传输100公里只剩下1%的信号到达接收端。而外太空因为几乎真空，光信号损耗非常小，潘建伟破天荒地提出了“上天”这个“大胆且疯狂”的方案。

当时，他向博士生彭承志科普量子通信的发展前景，当说到需要通过太空实现长距离传输时，彭承志认为“这是一个遥不可及的梦想”。他问潘建伟：“这个事，是不是挺牛的？”潘建伟想了想，很肯定地回答：“肯定牛，是世界上最牛的，至少是之一。”

带着这样的信念，他们在合肥大蜀山山顶开始了第一个实验，于2005年实现了13公里的量子纠缠分发。这个传输距离超过了大气层的等效厚度，从而证实了远距离自由空间量子通信的可行性。

2009年，团队在青海湖开展百公里量子纠缠分发实验。当时，团队里的3位主力——2007年博士毕业的任继刚、2009年博士毕业的印娟、2010年将要博士毕业的廖胜凯，后来分别成为“墨子号”3个分系统主任设计师。

岛上通信信号极差，几位年轻人没什么消遣，晚上做实验，白天借着搭建的无线网桥开例会。2012年，团队在国际上首次实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

2017年，利用“墨子号”，他们将量子纠缠分发的距离再提高一个量级，达到1200公里。

从大蜀山的13公里到天地间的上千公里，潘建伟团队一步一个脚印，从无到有地验证了量子通信的可行性。

“率先行动”很给力

中国科学院院士、 科技 部原部长徐冠华曾公开指出，我国对自身科学研究能力不自信，“在 科技 项目的确定过程中，习惯于拒绝支持有争议的项目，排斥没有国外先例的研究”。

当年的潘建伟，面对的就是这样的窘境。

2003年，潘建伟首次提出利用卫星实现自由空间量子通信的构想。这个“前无古人、闻所未闻”的想法立即遭到多方质疑：量子信息科学，欧洲美国都刚刚起步，我们为什么现在要做？

这个“不靠谱”的计划却获得了中国科学院的支持。2011年底，中国科学院空间科学先导专项正式立项“量子科学实验卫星”，自此打开了量子世界的大门。

2014年，中国科学院启动实施“率先行动”计划，给“墨子号”研制团队带来了“集团军”的支持。

当年10月，中国科学院量子信息与量子 科技 前沿卓越创新中心率先成立，2017年5月更名为量子信息与量子 科技 创新研究院。

这使得中国科学技术大学同中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等都有了更加紧密的合作关系。

中国科学院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇曾比喻称：星地间量子纠缠分发的难度，就像在太空中往地面的一个存钱罐里扔硬币，而且天空中的“投掷者”相对地面上的“存钱罐”还在高速运动。

在“率先行动”计划的支持下，这样一项看似“不可能的任务”最终顺利完成。“我们的合作体现出了创新研究院的价值，那就是集中力量干大事。”潘建伟说。

中国科学院院长、党组书记白春礼评价称，“墨子号”为中国在国际上抢占了量子 科技 创新制高点，成为了国际同行的标杆，实现了“领跑者”的转变。

天时、地利、人和，量子团队的下一个“惊喜”也许很快就会到来。

《中国科学报》 （2020-09-10 第1版 要闻）

现在我国在量子计算方面也做了比较系统的布局，利用超冷原子能够实现一些实用化的量子模拟技术。 利用超导量子计算探索和攻关通用的量子计算机，目前我们已经做到了12个超导量子比特的纠缠。 其次，基于量子卫星和“京沪干线”（京沪干线：连接北京、上海，贯穿济南和合肥全长2000余公里的量子通信骨干网络），我们国家首次描绘了天地一体化的量子通信网络的蓝图。

我国在量子纠缠方面刷新了世界纪录。打破了量子信息技术应用的技术瓶颈。2016年8月，中科院则完成发射首颗“量子科学实验卫星”。此次发射任务的圆满成功，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

国外评价我们在量子方面有着自己的一席之地，目前我们已经做到了12个超导量子比特的纠缠，虽然IBM做到了50个量子比特，谷歌做到了72个，但他们宣称的量子比特数目还不能形成量子纠缠。