中科大上海研究院量子工程中心:京广量子通信干线正在建设

我国的量子通信网络建设的步伐正在加快,目前正在研发多颗中高轨和低轨量子通信卫星,同时连接北京和广州的量子通信干线也在建设当中。

“未来我们的目标是建设成天地一体化的量子通信网络。”中国科学技术大学教授张强表示。2016年8月16日,我国首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。一年之后,长达2000公里的“量子保密通信京沪干线”通过验收,成为我国第一条量子通信的“高速铁路”。中科大上海研究院量子工程中心正是“墨子号”和我国首条光纤量子保密通信线路“京沪干线”的总控中心。

量子通信广义上是指以量子态编码信息从一个地方传输到另一个地方,包含量子隐形传态、量子纠缠交换及量子密钥分发。狭义的量子通信指的是量子密钥分发——利用微观粒子的量子态实现密钥分发。

量子具有不可克隆、不可分割,一次一密、完全随机的特点,一旦被窃听必然被发现,且加密内容不可破译,因此原理上量子通信是一种无条件安全的通信方式。

“地面的量子通信网络好比高铁,量子卫星就是飞机。目前国内已经成功发射了第一颗量子卫星‘墨子号’,地面的通信网络京沪干线也投入使用。我国还计划发射很多个小卫星,北京到广州的第二条干线也获得了发改委的批准。”张强说道。

据张强介绍,在天上,墨子号量子卫星已经有五个站点——新疆乌鲁木齐、西藏阿里、青海格雷哈、云南丽江和北京兴隆,这些站点都可以实现与量子卫星的信息连接。在地面上,京沪干线上已经建成四个城市的城域网,城域网就相当于城市地铁。未来还有更多的城市正在建设城域网,建设完成后通过一定的指路机制就能加入到京沪干线上来。

以2013年在济南成立的城域网为例,该网络建有56个节点,目前是世界上最大的城域网络,从2013年运行至今,无故障运行率达到99.7%。“仅0.3%的故障率意味着,这一量子通信网已经可以符合现代通信的标准。”张强介绍道。

张强称,未来我国的目标是形成天地一体的全球化量子通信基础设施;同时形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统;并且构建基于量子通信安全保障的未来互联网,即“量子互联网”。

目前在量子力学的研究方向上,欧美国家更侧重于量子计算,对量子通信并没有给予同等的重视,而我国很早就开始着手量子通信的研究和应用。张强表示,由于起步早,在这一领域中国已经领先于美国,建立了自己的优势。

作为中国量子通信总控中心的所在地,上海对于量子通信产业的发展也给予了很多的支持。据介绍,2015年1月,上海张江投资建设了上海量子通信产业园(一期)。同年,量子工程中心还帮助陆家嘴打造了基于量子通信的金融网络。

在产业落地方面,量子通信网络的用户主要覆盖金融、军事、互联网、国家机关等。“现在我们的主要产业伙伴来自银行、云服务中心、超算中心等这些机构,因为他们的业务安全性要求高,愿意花成本建立量子通信网络。”张强表示,随着现代社会对安全保密的需求越来越强烈,量子通信会在更多的行业中落地。至于量子技术合何时深入百姓的日常生活,张强也坦言现在没有定论,有待科学的进一步发展。

中科大上海研究院量子工程中心成立于2008年,主要研究领域为量子物理基础检验、量子通信、量子计算和量子模拟。中心主任为中国科学院院士潘建伟教授。中心现有多光子纠缠操纵、自由空间量子通信、高性能单光子探测、冷原子量子模拟和量子计算、基于冷原子量子存储的量子中继、半导体量子点等研究方向。中心已经建立了脉冲光子纠缠、连续光子纠缠、光纤量子通信、原子系综实验、量子点实验、NMR实验等成熟先进的电子学设计制造开发等实验平台,建立和发展了一整套与量子通信研究相关的分析探测设备和手段,量子信息实验研究条件具有国际先进水平。

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