中国量子通信：应用、研究双兼顾引领通信领域率先变革

2016-07-11 08:43

　　中国首颗量子卫星——中科院先导项目“量子科学实验卫星”将在近期发射，是与“量子保密通信京沪干线”建设几乎同步取得的重大突破。其实不仅仅是在试验和应用层面，在基础研究领域，中国量子通信也取得了可喜的进展，达到了世界领先水平，并获得了国际性的认可。

　　在日前举办的“光纤通信50年高峰论坛”上，上海交通大学教授王寿泰透露，最近，中国科学技术大学潘建伟、张军等和英国牛津大学的同事合作，实验实现了68Gbps的高速量子随机数发生器，和此前的最快速率相比，提高了一个数量级。相关论文发表于仪器领域权威期刊《科学仪器评论》。

　　同时，美国著名的科技评论杂志MIT Technology Review以“世界最快的量子随机数发生器在中国诞生（World's Fastest Quantum Random Number Generator Unveiled in China）”为题，对该项工作进行了报道。该成果为未来超高速量子密码系统的量子随机数需求提供了可行的解决方案。

　　中科院则发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力，中国研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件，突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台，从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。

　　王寿泰教授的论文显示，该实验成果得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，他们一致称赞该工作“绝对新颖、重要，处于当前量子光学和量子信息领域的最前沿，可以认为是一个伟大的成就”、“在1997年单个自由度量子隐形传态实验实现的18年之后的2015年，这个工作从基本概念上将量子隐形传态提升到了一个新的水平”、“非常有趣，意义重大，且具有极其苛刻的技术难度”。

　　由于该成果的重要性，《自然》杂志专门邀请国际知名量子光学专家Wolfgang Tittel教授在同期的“新闻视角”（News and Views）栏目撰文评论：“该实验实现为理解和展示量子物理的一个最深远和最令人费解的预言迈出了重要的一步，并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元”。

　　中国科技大学潘建伟、陆朝阳等与华盛顿大学许晓栋、香港大学姚望合作，在国际上首次在类石墨烯单原子层半导体材料中发现非经典单光子发射，连接了量子光学和二维材料这两个重要领域，打开了一条通往新型光量子器件的道路。该工作于2015年5月5日在线发表在《自然·纳米技术》上。同期的“新闻视角”栏目撰文评论该工作“开辟了一个新的研究领域”。

　　此外，王寿泰教授的论文还介绍了东南大学的余旭涛等提出用于基于纠缠态的无线Mesh量子通信网络的路由方法；中国科技大学的刘肖等人研制了窄线宽高维度量子纠缠光源产生装置；哈尔滨理工大学的张光宇等人制得了基于扩束镜-平面镜-望远镜系统的楼宇间量子通信装置；山东量子科技研究院的赵梅生等提出的量子密钥传输控制方法；四川师范大学的彭家寅等人提出的未知任意二粒子的双向受控量子隐形传态的方法。

　　华南师范大学的郭帮红等人提出的多自由度混合纠缠W态光子的产生系统及方法；浙江神州量子网络科技公司的夏从俊提出的实用化三方量子通信方法及系统；河南理工大学的王新良等人提出的基于量子通信的矿井高压电网短路故障位置自动识别方法；长春大学的朱德新等人研制的量子保密通信电话用户终端扩展网关系统等。

　　对于量子信息领域来说，量子通信正在产业化，且深刻改变相关行业。特别有利的条件是对此领域的研究能够得到稳定和强力的资助，可望在量子保密通信产业化完成之后，其他的量子计算、全量子网络等领域也将能够逐渐走向成熟并开始实用化。而雄厚的基础研究成果，则为量子通信走向商用、领先世界打下了坚实的基础。