参考观研天下发布《2018年中国量子通信市场分析报告-行业深度分析与投资前景预测》
2005年,潘建伟院士的团队在世界上第一次实现13公里自由空间量子通信实验,证实了星-地量子通信的可行性。
2007年3月,郭光灿院士的研究团队在北京成功试验了“量子路由器”,并获得美国授权专利。还在北京网通(现联通)建立了有4个用户的量子密码通信网络,用户间最短距离32km,最长距离42.6km。
2009年,潘建伟、陈增兵、彭承志等人所组成的团队针对量子通信实用化展开了攻关研究,研制成功量子电话样机,在商业光纤网络的基础上,组建了可自由扩充的光量子电话网(见下图),节点间距达到了20公里,实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话和3方对讲机功能,真正做到了“电话一拨即通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话。同年,国内首个“量子政务网”在安徽芜湖建成,标志着量子密码保密通信已经进入工程化阶段。
图:合肥首个量子电话网
资料来源:公开资料整理
2014年,济南市建设的“济南量子通信试验网”正式投入使用。这是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网,也是世界上已知的规模最大、功能最全的量子通信试验网。
2016年8月,世界首颗量子科学实验卫星——墨子号发射成功,我国成为世界上首个实现卫星和地面之间量子通信的国家。此外,墨子号量子卫星顺利完成三大科考任务:
1、星地高速量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号,地面接收的方式,“墨子号”过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上,星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子,一次过轨对接实验可生成300kbit的安全密钥,平均成码率可达1.1kbps。这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。以星地量子密钥分发为基础,将卫星作为可信中继,可以实现地球上任意两点的密钥共享,将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球。此外,将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网互联,可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络。
2、地星量子隐形传态采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式,“墨子号”量子卫星过境时,与海拔5100m的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例,地面向卫星发射纠缠光子,实验通信距离从500公里到1400公里,所有6个待传送态均以大于99.7%的臵信度超越经典极限。假设在同样长度的光纤中重复这一工作,需要3800亿年(宇宙年龄的20倍)才能观测到1个事例。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究,以及空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础。
3、在国际上率先实现千公里级的量子纠缠分发,并在此基础上首次实现空间尺度严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究,以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。
2016年11月,相关各方签订协议将开建量子保密通信“武合干线”和武汉量子保密通信城域网。“武合干线”(城际网)是国家“量子保密通信京沪干线”项目的首条商业延伸线,将是我国量子保密通信骨干网的重要组成部分,是实现量子保密通信服务与长江中游城市群和建设武汉城市圈节点的基础工程。武汉量子保密通信城域网将是首个采用量子-经典信道融合技术的商用城域网,将建设包括金融、政务、数据中心的量子保密通信城域网,它的建设将极大提升武汉政务、金融等网络信息本质安全度。截止2017年10月底,武汉市量子通信城域网项目一期建设完毕。
2017年3月,全球首条量子通信商用干线——沪杭干线正式全线接通,该干线将实现杭州和上海两地间的量子安全级别语音电话、视频电话、文件传输业务。沪杭量子通信商用干线总长260公里,总投资1.7亿元,途经上海秀浦路、漕河泾、大港、嘉兴东、桐乡、杭州6个中继站。工信部信息通信发展司负责人表示,沪杭量子通信商用干线作为全球第一条量子通信商用干线,标志着量子通信产业化时代的到来,拉开了量子通信产业市场化运营的序幕。
2017年9月,世界首条量子保密通信干线——京沪干线正式开通。建成后的量子通信京沪干线,实现了连接北京、上海,贯穿济南和合肥全长2000多公里的量子通信骨干网络,将推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的大规模应用。
此外,结合墨子号量子卫星兴隆地面站与京沪干线北京上地中继接入点的连接,并通过墨子号与奥地利地面站的卫星量子通信,我国在世界上首次实现了洲际量子通信。这也标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网络雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。
此外,结合墨子号量子卫星兴隆地面站与京沪干线北京上地中继接入点的连接,并通过墨子号与奥地利地面站的卫星量子通信,我国在世界上首次实现了洲际量子通信。这也标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网络雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。
图:墨子号量子卫星
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图:京沪量子保密干线
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我国京沪量子通信保密干线(城际骨干网)已经建成,在此基础上其他城市通过连接京沪干线实现城际量子通信(如武合线),而武汉也开始了量子保密通信城域网的建设。此外,通过墨子号量子通信卫星实现洲际、星地的量子通信。我国广域量子通信网络布局基本完成。国家发改委在关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知中提出建设国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程。
图:广域量子通信网络规划图
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2017年9月,我国第一个商用量子保密通信专网“济南党政机关量子通信专网”于在济南完成全网验收并正式投入使用,未来将向全省和全国推广。
国内的阿里云也积极布局量子技术。
2015年7月,阿里云联合中科院成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”实验室将结合阿里云在经典计算算法、架构和云计算方面的技术优势,以及中科院在量子计算和模拟、量子人工智能等方面的优势,颠覆摩尔定律,探索超越经典计算机的下一代超快计算技术。
2015年10月杭州云栖大会上,阿里云量子加密通信产品正式发布。国盾量子的量子通信产品落地阿里云,支撑公共云提升数据安全,契合大数据、云计算发展的浪潮,标志着“云+量子”作为基础设施与服务开始面向广泛的社会及行业应用。
2017年9月,知名量子计算科学家、密西根大学终身教授施尧耘就受邀入职阿里云量子实验室,担任阿里云首席量子技术科学家。2018年初,另一位重磅科学家马里奥〃塞格德也加盟阿里云量子实验室。他曾两次获得计算机最高奖哥德尔奖,还曾在贝尔实验室进行长达7年的研究。
2017年10月杭州云栖大会上,阿里云联合中国科学院共同宣布了“量子计算云平台”上线。量子计算云平台,是提供量子计算服务的云计算平台。云平台前端对用户提供云端的量子算法开发测试环境,后端连接经典计算仿真环境和真实超导量子计算。量子计算云平台将培养行业生态,推动量子计算的产业化。
2018年2月,中科院与阿里云在超导量子计算方向发布11比特的云接入超导量子计算服务。这是继IBM后全球第二家向公众提供10比特以上量子计算云服务的系统。该服务已在量子计算云平台上线,在云端实现了经典计算仿真环境与真实量子处理器的完整后端体验。用户可通过所提供的接口编写并上传所需运行的量子线路,并取回量子计算系统运算得到的结果。
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