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我國量子通信技術研究歷程及新進展

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“十二五”期間,在中國科學院、科技部、國家自然科學基金委員會、教育部等部門的支持下,中國科學技術大學積極推動量子通信朝著高速率、遠距離、網絡化的方向快速發展,聚集并凝練了一支優秀的研究隊伍,承擔了戰略性先導科技專項等一批重大項目,開展量子力學基本問題實驗研究,系統地發展了可擴展的量子信息處理技術并應用于量子通信、量子計算和精密測量等多個研究方向,取得了廣域量子通信技術的系統性關鍵突破,使得量子通信已經成為中科院乃至我國為數不多的具有世界領先水平的尖端技術。2012年底,英國《自然》雜志在其評選的年度十大科技亮點中專門報道了中國科大潘建偉團隊在量子通信領域的研究成果并指出:“在量子通信領域,中國用了不到十年的時間,由一個不起眼的國家發展成為現在的世界勁旅,將領先于歐洲和北美……。”

中國科大在量子通信技術的產業化預備方面一直處于國際領先水平。早在2006年,潘建偉團隊就在有關國防部門的要求下開始開展量子通信裝備預先研究項目。2008年,該團隊在合肥市實現了國際上首個全通型量子通信網絡,并為60周年國慶閱兵關鍵節點間構建了“量子通信熱線”。2009年,該團隊在世界上率先將采用誘騙態方案的量子通信距離突破至200公里。2011年至今,該團隊承擔了首個相關國防裝備演示驗證項目,為型號研制和最終裝備奠定了技術基礎。2012年,該團隊在合肥市建成了世界上首個覆蓋整個合肥城區的規模化(46個節點)量子通信網絡,標志著大容量的城域量子通信網絡技術已經成熟。同年,該團隊與新華社合作建設了“金融信息量子通信驗證網”,在國際上首次將量子通信網絡技術應用于金融信息的安全傳輸。2012年底,潘建偉團隊的最新型量子通信裝備在北京投入常態運行,為“十八大”、抗戰勝利70周年閱兵等國家重要政治活動提供信息安全保障。2013年,該團隊在濟南建成了城域量子通信試驗網,進一步提升了器件性能,并積累了大量網絡運行管理的經驗。2013年,潘建偉團隊在核心量子通信器件研究上取得重要突破,成功開發了國際上迄今為止最先進的室溫通信波段單光子探測器,并利用該單光子探測器在國際上首次實現了測量器件無關的量子通信,成功解決了現實環境中單光子探測系統易被黑客攻擊的安全隱患,大大提高了現實量子通信系統的安全性;2014年,進一步實現了200公里測量器件無關量子密鑰分發。

在量子中繼技術研究方面,2008年潘建偉團隊利用冷原子量子存儲首次實現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換,完美演示了量子中繼器;2012年實現了國際上綜合性能最優的長壽命、高讀出效率量子存儲,最近又將量子存儲的性能進一步提升,在存儲壽命和讀出效率方面已可滿足遠距離量子中繼的需求。

在自由空間量子通信技術研究方面,2012年至2013年間,潘建偉團隊實現了百公里自由空間量子態隱形傳輸和糾纏分發,并實現了星地量子通信可行性的全方位地面驗證。這些研究工作通過地基實驗堅實地證明了實現基于衛星的全球量子通信網絡和開展空間尺度量子力學基礎檢驗的可行性。

在“十二五”期間,潘建偉團隊“在國際上首次將自由空間量子通信的距離突破到百公里量級”的研究成果入選兩院院士評選的2012年中國十大科技進展新聞;“利用測量器件無關量子密鑰分發解決量子黑客隱患”的研究成果入選美國物理學會2013年度國際物理學重大進展(Highlights of the Year);“量子通信安全傳輸創世界紀錄”的研究成果入選兩院院士評選的2014年中國十大科技進展新聞;2015年,又成功實現了單光子多自由度的量子隱形傳態[Nature 518, 516 (2015)],為發展可擴展的量子網絡技術奠定了堅實的基礎,并被英國物理學會評為國際物理學領域年度重大突破(Breakthrough of the Year)。2016年1月,潘建偉團隊以“多光子糾纏及干涉度量”系統性研究成果獲得國家自然科學一等獎。

在已取得的領先優勢基礎上,中科院適時成立了量子信息與量子科技前沿卓越創新中心,同時通過聯合院內相關研究所和南京大學、國防科大等優勢高校,在教育部支持下成立了量子信息與量子科技前沿協同創新中心,根據“最優、最簡、互補”的原則對我國在量子信息領域的主體研究力量進行了初步整合,為下一步更好更快發展打下了基礎。


2018年10月24日 22:00
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