韩正甫组再发新成果：第二次量子革命的践行者
第二次量子革命已经拉开序幕，这场革命带给人类的是当今难以企及的算力、绝对的信息安全、以及前所未有的测量精度，而量子技术的实用化是此次革命的重要标志。
量子密码是第二次量子革命的一项重要技术，其中最典型的是量子密钥分发（QKD），它基于量子物理的基本原理，在信息安全层面上提供了窃听可感知的密钥分发手段。光子（photons）是量子信息的天然载体，但在传输中不可避免的损耗限制了量子密钥分发的安全距离，这也是制约广域量子保密通信网络部署和应用的关键因素之一。因此，如何延长光量子密钥分发直接传输的安全距离，是当前极具挑战的难点和焦点之一。
2022年2月，我国科学家将量子密钥分发安全传输距离的世界纪录提升了200余公里，实现了833公里光纤量子密钥分发，向实现千公里陆基量子保密通信迈出坚实的一步。而带领团队实现这一重要突破的正是中国科学技术大学教授、博士生导师、中国密码学会量子密码专委会主任、安徽问天量子科技股份有限公司董事长韩正甫。
中国科学技术大学教授、博士生导师、中国密码学会量子密码专委会主任、安徽问天量子科技股份有限公司董事长：韩正甫
（图片来源：中国科学技术大学官网）
01
从助理研究员到量子密码专家
韩正甫1962年7月生于安徽寿县，1983年于安徽大学结束本科阶段学习，后进入中国科学技术大学攻读物理系硕士。1990年硕士毕业，韩正甫在中国科大国家同步辐射实验室的十年间从助理研究员做到了副研究员，在此期间，他曾前往德国和香港做访问学者，后于2001年加入中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室负责量子密码研究室工作，正式开启他和量子密码的不解之缘。
二十年前的中国，量子科技的研究在很多人眼中宛若天方夜谭，而韩正甫是国内加入量子研究大浪潮的最早一批学者之一。从40岁到60岁，他见证了国内量子密码研究领域的一次又一次突破。
韩正甫教授在量子通信实验室
（图片来源：中国科学技术大学官网）
2004年，中科院量子信息重点实验室郭光灿、韩正甫团队发明了新型的光学干涉环，从根本上解决了光纤传输的稳定性问题，有力地推进了量子密码技术的实用化。
2007年，郭光灿、韩正甫团队发明了全通型量子路由器，解决了量子信号在网络中自动寻址的难题，并在北京商用光纤上实现了40公里范围内四用户的城域量子通信网络，完成世界上首个无中转、任意互通的量子密码通信网络和国际上首先在实际地下光缆中进行诱骗态量子密钥分发实验。
韩正甫（左四）领导的量子密码和量子器件研究组
（图片来源：中国科学技术大学官网）
2009年，中国科学技术大学与芜湖市政府在省政府大力支持下联合成立了安徽问天量子科技股份有限公司，韩正甫担任董事长。该公司主营量子密钥通信系统和其它相关产品，旨在将中国科大在量子信息上的领先科技产业化。同年，他们就在芜湖实现了世界上第一个完整意义的量子政务网，达到了量子信息技术的实用化。
2015年，韩正甫课题组在国际上首次实现了无需参考系校准的测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）实验系统，显著增强了系统的实际安全性和工作稳定性，对推动此类设备无关型量子密钥分发技术在实际环境中可靠、稳定的应用具有重要意义。2017年，韩正甫课题组在国际上首次实现了“环境鲁棒型”MDI-QKD实验系统，利用扰偏装置，消除了实地信道偏振扰动的影响，解决了MDI-QKD系统在复杂环境下的实用化问题，增强了系统的实际安全性与运行效率。
2018年，韩正甫课题组在理论上完善了环回差分相位(RRDPS)量子密钥分发的安全性证明，以此为基础实现了分组脉冲数最小、安全距离最长的RRDPS协议，解决了该协议在实际信道条件下分组脉冲数过多、效率偏低的问题。该成果对于丰富高维量子密钥分发的安全性分析理论和方法，提升系统的实用性有着重要的参考价值。
在量子随机数方面，韩正甫课题组于2020年提出容忍探测器后脉冲的源无关协议，2022年进一步降低了源无关量子随机数发生器对非理想因素的敏感性。这些工作显著提高了源无关量子随机数发生器的实用性，但均仍需要对测量设备进行精确的表征。因此，在7月28日发表于著名国际学术期刊《物理评论快报》的论文中，韩正甫教授及其合作者王双、银振强、陈巍等提出了一种新型的半设备无关量子随机数发生器协议并进行了实验验证。该协议即使在光源不可信条件下，也无需对探测设备进行表征，使用日常光源即可快速生成安全的量子随机数。该协议全面地提升了量子随机数发生器的安全性与实用性，为半设备无关量子随机数发生器的实用化奠定了坚实基础。
论文：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.050506
当然，韩正甫最为人所知的成果还是今年大幅提升了光纤QKD的世界纪录，2022年，郭光灿院士团队韩正甫教授及其合作者实现了833公里光纤信道量子密钥分发，将安全传输距离的世界纪录提升了200余公里。
经过2年多的探索，该团队提出了改进的四相位调制双场协议，并大幅提升了独立光源的锁相稳频技术、高带宽信道的相位补偿技术、以及高信噪比的单光子探测信号甄别技术等一系列关键性技术，将光纤双场量子密钥分发的安全传输距离一次性拓展至830多公里。相比于国内外其他研究团队的工作，该成果不仅将传输距离从五六百公里大幅提升至八百余公里，而且将安全码率提升了50～1000倍，也向实现千公里量级陆基广域量子保密通信网络迈出了重要的一步。
这项突破性的进展，不仅刷新了基于光纤量子密钥分发的新记录，同时也验证了在无中继条件下建设远距离、高密钥传输率的地面量子安全网络的可行性，为推进广域低成本量子保密通信的产业化提供了新的技术途径。
从不惑之年到花甲之年，从助理研究员到中国密码学会量子密码专委会主任，中科院量子信息重点实验室不仅仅是韩正甫的工作场所，更是他挥洒热爱的地方。包括他在内的一大批科学家将中国量子密码的荒地开垦成一望无边的沃土，从此，量子密码不再是遥不可及的梦。
02
产研结合任重而道远
二十年来，韩正甫除了肩负起量子信息技术突破的重担，还承担起了量子信息产研结合落地的责任。
韩正甫教授（左二）带领参观安徽问天量子科技股份有限公司合肥研究院
（图片来源：安徽问天量子科技股份有限公司官网）
韩正甫和问天量子公司深谙科学研究必须以产业作为最终导向的道理，通过与科研力量雄厚的中国科学院量子信息重点实验室持续互动，专注于完全自主知识产权的量子通信研发与产业化推进，立足长远，把量子科技作为战略性产业来做，扎扎实实做好每项技术。
产研结合的一个典型例子是，问天量子近日推出了国内首款量子安全视频加密系统，并与中科院量子信息重点实验室合作，对该系列产品进行了全面测试，目前正式面向高安全需求的用户提供量子安全视频加密解决方案。
问天量子表示，在未来的几年内，公司拟通过理论、技术、产品服务和资本等多元化的手段，积极推动千公里级的广域量子保密通信网络的落地应用，为国家和社会的网络安全做出贡献。
韩正甫在接受《科技日报》采访时表示，量子科技是一项崭新的技术，更需要社会以包容的心态来看待。他带了几十个博士生，有些技术可能就是一两个学生通过几年的钻研逐渐形成的，虽然初期只有少数人在用，但可能正是那些关键性用户的需求，才让这个技术开始成长。“我们需要有良好的生态，让创新者有更大的生存空间。国外就有大量的这种小公司，正是他们的技术逐渐成熟，才使得整个国家这方面的科技走向前列。”只有将科研成果放到实际产业中去，才能发现跟在实验室不同的问题，并不断地加以完善。
量子科技产业化的同时，韩正甫也看到，这几年量子科技和产业发展“过热”的苗头在有些地方已开始显现，他建议发展量子科技要彻底打破“小圈子”，真正站在国家发展的角度，担当起时代赋予的使命。