量子通信史上的50个重大时刻

光子盒研究院出品

量子通信是基于量子力学原理的安全通信技术，能保证通信双方信息传输在理论上的绝对安全性。

量子通信的主要形式包括基于量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)的量子保密通信、量子密集编码(Quantum Dense Coding)和量子隐形传态(Quantum  Teleportation)等。根据信道的不同，量子通信可分为基于光纤的量子通信和基于 自由空间的量子通信 。

近年来，量子通信技术及其工程实现受到美国、欧盟、中国、日本等诸多国家和地区的重视。随着该技术实用化的推进，量子通信正在由点对点通信应用走向网络化应用，包括局域网和广域网应用，目前覆盖全球的广域量子通信网也在研发之中。

1969年 | 量子理论提升信息安全设想

美国哥伦比亚大学Wiesner提出利用量子理论提升信息安全的设想。

1979年 | 量子通信设想

美国IBM公司的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出量子通信传输的设想。

1981年 | 量子信息论的开端

美国物理学家Richard Feynman提出传输量子信息的假设，确立了量子信息论的开端。

1982年 | “量子纠缠”现象验证

法国物理学家AlainAspect通过实验证实微观粒子存在“量子纠缠”现象。

1984年 |  BB84协议

Bennett和Brassard提出第一个量子密钥分发协议（BB84协议），标志着量子通信理论的诞生。

1989年 | 第一个量子信息传输

IBM公司在实验室中实现了世界上第一个量子信息传输，拉开了量子通信实验研究的序幕。

1991年 | Ekert91协议

基于纠缠的量子密钥分发（QKD）被英国牛津大学A.K.Ekert教授提出，简称Ekert91协议。

1993年 | 量子隐形传态

量子信息领域的开拓者Bennett及其合作者,提出了著名的quantum teleportation方案，即量子隐形传态。

1993年 | 开启量子通信实验研究

英国国防部在光纤中实现了基于BB84方案的相位编码量子通信实验研究的序幕。

1995年 | 光纤量子密钥分发距离30km

英国国防部将光纤中量子密钥分发的距离延伸到30km。

1999年 | 光纤量子密码通信距离40km

瑞典、日本在40km的光纤中进行了量子密码通信实验。

2000年 | 自由空间密钥分发1.6km

美国Los Alamos国家实验室宣布他们于全日照条件下实现了1.6km自由空间的密钥分发。

2002年 |  DARPA量子密钥分发网络

DARPA量子密钥分发网络于2002年开始架构设计，2003年10月在BBN技术公司实验室开始全面运作。C．Elliott等人在文献中指出，在2004年6月建成了哈佛大学、波士顿大学与BBN技术公司之间六个节点的量子网络。在BBN技术公司2007年向DARPA提交的最终技术报告中指出，该网络已拓展到10个节点。

DARPA量子密钥分发网络是世界上第一个实地的量子通信网络，该网络由美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助，由BBN技术公司、NIST(美国国家标准技术局)、QinetiQ公司、哈佛大学和波士顿大学(BU，boston university)共同合作完成。

 DARPA量子密钥分发结构

2002年 | 自由空间量子密钥分发距离23km

欧洲小组在自由空间中量子密钥分发的距离达到23km。

2005年 | 量子通信的实用化问题

美国学者Lo等人提出了多强度诱骗态调制方案，解决了量子密钥分发系统中的弱相干光源多光子的安全漏洞，为量子通信的实用化打开了大门。

2005年 | 自由空间量子密钥和纠缠分发距离13公里

中国科大与清华大学联合小组创造了13公里自由空间量子密钥和纠缠分发的世界纪录。

2006年 | 光纤量子通信距离107km

2006年，Los Alamos国家实验室基于诱骗态方案，实现了能够确保绝对安全的107km光纤量子通信。

2006年 |  3用户QKD网络

美国国家标准技术局（NIST）年演示了一个3用户的QKD网络包括一个发射端（Alice）和两个接收端（Bob1 Bob2），发射端与接收端使用有源开关相连接，每个接收端与发射端相距约1公里并通过光纤连通。

NIST3节点量子保密通信网络结构

2007年 | 自由空间量子密钥分发距离144km

欧洲研究小组在自由空间实现了144km的基于纠缠的QKD。

2007年 | 光纤量子通信突破100km

中国科大潘建伟团队利用诱骗态方法在国际上首次将光纤量子通信的安全距离突破100公里。

2008年 |  SECOQC量子安全通信网络

欧洲联合小组在维也纳建立了SECOQC量子安全通信网络，包含6个节点，8条链路。SECOQC量子通信网络的全称是SEcure COmmunication based on Quantum Cryptography(基于量子密码学的安全通信)。8条链路中，有7条是光纤信道，最长为85km，有一条80m的自由空间信道。

基于可信中继节点的长距离域域量子通信网络

2008年 |  3节点量子通信网络

潘建伟团队建成三节点可扩展的量子通信网络，实现全球首个量子保密电话系统。

 3节点量子电话网络体系结构

2009年 |  8节点量子密码网络

欧洲在维也纳建立了一个8节点的量子密码网络。

奥地利联合小组通过在Alice和Bob间放臵纠缠完成超过300km的量子密钥分发。

2009年 | 芜湖量子政务网

郭光灿院士团队在安徽省芜湖市建成了多层级的“量子政务网”。通过该网络可以完成任意两点之间的量子保密的通信过程，并可以满足视频保密回忆和大量公文保密传输的需求，有很高的安全性。

2009年 |  5节点量子通信网络

潘建伟团队建成国际首个全通城域量子保密通信网络（五节点）。在国庆60周年阅兵关键节点间构建“量子通信热线”，用于重要信息的传输保障。

 5节点量子电话网

2009年 | 瑞士日内瓦量子城域网

瑞士日内瓦量子城域网（Swiss Quantum）从2009年开始运行，包括三个节点hepia、Unige和CEＲN，每个节点又分为两个子节点，构成了三条端到端的链路。节点hepia和Unige在瑞士，节点CEＲN位于法国境内，因此该网络为第一个国际量子通信网络。

2009年 | 西班牙域域量子通信网

西班牙研究人员在2009年报道了他们在马德里建立的城域量子通信网络试床，包括骨干网和接入网。该网络集成于现有的光通信网络中，尽可能多的使用工业级技术，研究在已有网络中部署量子通信网的流量、限制和成本。

2010年 | 东京量子密钥分发网络

2010年，由日本多家公司与Toshiba欧洲研究中心、瑞士IDQuantique、奥地利Allvienna研究组合作建立了东京量子密钥分发网络。

日本NICT在东京建立了一个4节点的量子密码演示网络,使用了6种量子密钥分配系统。

主要的量子通信网络和量子密钥分发（QKD）协议

2010年 | 光纤量子通信距离突破200km

潘建伟团队与中科院上海微系统所、清华大学合作，在国际上首次将光纤量子通信的安全距离突破200公里。

2012年 | 143km隐形传输

奥地利、加拿大、德国和挪威实现了143km的隐形传输。

2012年 | 金融信息量子通信网

新华社和中国科大合作建设的金融信息量子通信验证网在北京开通，建成了连接新华社新闻大厦和新华社金融信息交易所的“金融信息量子保密通信技术验证专线”，包括四个节点、三个用户，形成了世界上第一个金融信息领域的量子通信应用网络。

2012年 | 全球首个规模化域域量子通信网络

全球首个规模化域域量子通信网络——合肥城域量子通信试验示范网建成（46个节点）。

2012年 | 百公里量级的自由空间量子通信

中科大与中科院上海技物所、广电所等联合研究团队，在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子通信。

2012年 | 美国首个商用量子加密通信网络

美国伯特利公司和瑞士ID Quantique公司合作，开始着手建立美国首个商用量子加密通信网络——伯特利量子通信网络。

2013年10月，在ID Quantique公司的帮助下，伯特利公司成功建立起了全长约为12英里的量子保密通信网络。2014年初，伯特利量子网络的第一阶段已经完成。

2013年 | 环美量子通信骨干网络项目

美国知名研究机构Battelle公布了环美量子通信骨干网络项目，计划采用瑞士IDQ公司设备，基于分段量子密钥分发结合安全可信节点密码中继的组网方式，为谷歌、微软、亚马逊等互联网巨头的数据中心提供具备量子安全性的通信保障服务。

2013年 | 规模最大城域量子通信网络

济南量子通信试验网建成（56个节点），是目前规模最大的全时运行的城域量子通信网络。量子保密通信“京沪干线”技术验证及应用示范项目正式启动建设。

2015年 | 中国量子通信产业联盟

12月，中国科学院、中国科学技术大学和科大国盾量子等机构在北京共同发起组建了“中国量子通信产业联盟”。

2016年 | 墨子号量子科学实验卫星发射

中科院战略性先导科技专项量子科学实验卫星墨子号发射，该卫星为中国科学家自主研发。

2017年 | 量子保密通信干线“京沪干线”建成开通

世界首条长达2000公里的量子保密通信干线——“京沪干线”建成开通，初步构建广域量子通信网络。

2017年 | 日本天基量子通信实验

7月，日本信息通信研究机构宣布首次使用一颗名为SOCRARTES的超小型卫星成功进行了量子通信实验，在卫星和位于东京都小金井市的一个地面站之间成功进行了光子单位的信息传送。

2017年 | “墨子号”完成三大科学实验任务

８月，中国科学技术大学潘建伟团队宣布，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了三大科学实验任务：量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态，在国际上首次成功实现了千公里量级的星地双向量子通信，为星地量子通信和全球化量子保密网络奠定了基础。

2018年 | 欧盟量子旗舰计划成立量子互联网联盟

欧盟量子旗舰计划成立量子互联网联盟（QIA），由Delft技术大学牵头，采用离子阱和光子波长转换技术探索实现量子隐形传态和量子存储中继，计划在荷兰四城市之间建立全球首个光纤QT实验网络，基于纠缠交换实现量子态信息的直接传输和多点组网。

2018年 | 光纤量子通信距离突破550公里

东芝欧研所报道了新型相位随即化双光场编码和传输实验，实现了550公里超低损耗光纤传输距离记录，其中的双光场中心测量点可以作为量子中继的一种替代方案。

2018年 | 7600公里距离的洲际QKD和量子保密通信

中科大和奥地利科学院联合报道了基于“墨子号”卫星实现7600公里距离的洲际QKD和量子保密通信。

2019年 | 验证远距离双场量子密钥分发可行性

中国科大潘建伟团队，在发展快速高稳定性激光频率锁定技术与高计数率低噪声单光子探测器的基础上，在300公里真实环境的光纤中实现了双场量子密钥分发实验。这项成果不仅完整实现了300公里的双场量子密钥分发，也验证了700公里以上光纤远距离量子密钥分发的可行性，有望成为新一代远距离城际量子密钥分发的基础。

2020年 | 83公里美国陆基量子网络

来自美国能源部阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)和芝加哥大学的科学家在芝加哥郊区建造了一个83公里的“量子环路”，这是美国最长的陆基量子网络设施之一。

2020年 | 8用户域域量子通信网

一个国际研究小组在英国布里斯托尔建立了一个可扩展的城域量子网络来共享加密信息的密钥。该网络能够连接8个或更多用户，跨越17公里的距离，这次演示是发展全量子网络的又一个里程碑。

2020年 | 基于纠缠的无中继千公里量子保密通信

“墨子号”实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信。“墨子号”量子卫星过境时，同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路，以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠，进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。

2020年 | 韩国将建设首个全国性QKD网络

IDQuantique （IDQ）和韩国电信媒体服务提供商SK宽带宣布，他们已被选中来建设韩国48个政府组织的通信网络，这些政府组织包括就业和劳工部、经济和财政部以及教育部和地方政府。

2020年 | 中俄等国将建设金砖国家量子通信项目

俄罗斯技术国家集团的设瓦别控股公司（Shvabe Holding）与金砖国家联合研究公司（BRICS Rresearch）宣布了一个与量子通信有关的项目。这个项目计划首次利用宏观光纤等最新元件，建立洲际卫星量子通信信道，覆盖距离将超过1万公里。

量子通信项目融合了金砖国家的多个成员国和世界各地的教育设施。南非是该项目的主要执行国，印度将负责光纤通信的建模，中国将致力于卫星量子通信的路径。

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。