PDF《19 个重大科技突破》

100 公里的诱骗态光纤量子密钥分发被中科大潘 建伟团队, 以及美国洛斯阿拉莫斯国家实验室-美 国国家标准与技术研究院 (NIST) 联合实验组同时 实现, 就此打开了量子通信走向实用化的大门. 此后, 一些实用化的小规模光纤量子通信网 络先后在国际上建成.2008 年, 基于诱骗态方案, 潘建伟团队实现了国际上首个全通型量子通信网 络.同年, 欧洲联合实验组在奥地利维也纳也演 示了一个多节点的量子通信网络 (SECOQC Net- work) ;

2010 年起, 洛斯阿拉莫斯国家实验室秘密 构建了城域量子通信网络, 直到

2013 年才公布;

同年, 通过洲际合作, 日本国家情报通信研究机构 (NICT) 等在东京构建了东京 QKD 网络 (Tokyo QKD Network) . 在量子中继研究方面, 国际上整体处于基础 研究阶段.量子中继包括

3 个要素: 通过量子纠 缠交换克服光子损耗、 通过量子纠缠纯化克服消 相干带来的量子纠缠品质下降、 通过量子存储克 服概率性事件带来的资源指数消耗.量子纠缠交 换的概念在

1993 年由波兰科学家 Zukowski 等人 提出,

1998 年由潘建伟等人首次实现;

量子纠缠纯 化方案于

1996 年由 Bennett 等人首次提出, 但以现 有的技术水平难以实现.2001 年, 潘建伟等人提 出了现有手段可以实现的量子纯化理论方案, 并于2003 年首次实现, 在实验上无可辩驳地证明了 量子信息处理中任意未知的退相干效应是可以被 克服的.2008 年, 结合量子存储, 潘建伟团队在国 际上首次演示了量子中继器的原型.对于量子存 储, 有两项核心指标: 长存储寿命和高读出效率. 根据这两个指标, 最适合量子存储的物理体系是 冷原子系综.2007 年, 美国麻省理工学院 Vuleti? 小组实现读出效率达 80%, 此为目前最高的读出 效率, 但存储寿命很短, 只有

200 纳秒;

2010 年, 美 国佐治亚理工学院 Kuzmich 小组实现存储寿命达 到100 毫秒, 此为目前最长的读存储寿命, 但读出 效率很低, 只有 20%;

2012 年, 潘建伟小组实现存 储寿命达到

3 毫秒, 读出效率达到 70%, 此为目前 综合性能最优的量子存储. 自由空间量子通信方面,

2002 年, 德国慕尼黑 大学和英国军方下属的研究机构合作, 在德国和 奥地利边境相距 23.4km 的楚格峰和卡尔文德尔 峰之间用激光成功传输了光子密钥;

2005 年, 潘建 伟团队在合肥市大蜀山实现了 13km 自由空间量 子纠缠分发和量子密钥分发;

2010 年, 潘建伟团队 与清华大学联合小组在北京八达岭与河北怀来之 间架设长达 16km 的自由空间量子信道.这些实 验验证了光子突破大气, 进而通过近地卫星安全 传送密钥并建立全球密码发送网络的可能性.

2007 年, 奥地利维也纳大学 Zeilinger 小组在相距 144km 的两个小岛间实现了量子密钥分发.2012 年, 潘建伟团队在青海湖实现了百公里级自由空 间双向量子纠缠分发, 验证了在高损耗星地量子 通道中实现自由空间量子通信的可行性[1,2] .

2 量子通信成为各国战略部署重点 在欧盟发布的 《量子信息处理和通信: 欧洲研

602 院刊 未来10年中国可能发生的19个重大科技突破 究现状、 愿景与目标战略报告》 中给出了欧 洲未来 5―10 年量子信息的发展目标, 如将 重点发展量子中继和卫星量子通信, 实现

1 000km 量级的量子密钥分配.2008 年9月发布了关于量子密码的商业白皮书, 启动量 子通信技术标准化研究.来自包括英国、 法国、 德国、 意大利、 奥地利和西班牙等