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国内外量子通信技术发展现状和趋势

1.国外发展现状和趋势

量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基

础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、

波多尔基斯和罗森论证后，约翰贝尔于1964年提出贝尔理论，阿斯

派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989第一次演成功

量子密钥传输，1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利

蔡林格小组在室内首次完成，2004年该小组又将量子态隐形传输距

离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16公里的自由空

间量子信道，于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。

量子通信技术的发展趋势量子通信技术的研究方向除了包括量子隐

形传态还包括量子安全直接通信等，突破了现有信息技术，引起了学

术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比，量子通信除具有超强

抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助；与此同时量子通信的密码

被破译的可能性几乎没有，具有较强的保密性。量子通信发展仅仅经

历了20年左右，但其发展却十分迅猛，目前已经被很多国家和军方

给予高度关注。美国：2013年美国知名研究机构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。欧洲：欧洲空间局计划到2018年将国际空间站上的量子通信终

端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路，首次演绝

对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。而在2008年就提出了欧

洲未来5年和10年量子信息的发展目标，将重点发展量子中继和卫

星量子通信，实现1000公里量级的量子密钥分配。日本：计划在2020

年至2030年间建成利用量子加密技术的绝对安全和高速的量子信息

通信网，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空

间量子通信网络；并计划将量子通信技术用于国家级的保密通信，以

及对电网、煤气管网和自来水管网的等重要基础设施的监视和通信保

障上，以及金融机构的隐匿通信等。

此外，一些世界著名的公司也对量子信息技术投入了大量研发资

本，介入了量子通信的产业化开发。最主要的公司包括：美国电话电

报公司（ATT）,Bell实验室，IBM,Hewlett-Packard,Philips,

Hitachi,NEC,NTT,Toshia,Thales（法国），FranceTelecom

（法国），Pirelli（意大利）等12个公司。量子通信技术是量子信

息科学的一个重要分支，经过30多年的发展，已经在量子密钥分发

和量子隐形传态两个方向上形成了实用化落地。量子密钥分发技术，

已经进入了产业化和商业化阶段，它是人类目前掌握的有理论证明

“无条件安全”的可实用的密钥分发技术，其与现代密码技术相结合,

实现了量子保密通信等系列信息安全应用，是目前唯一实现实用化、

达到产业化水平的量子信息技术，世界各主要国家都高度重视该技术

的发展应用，且应用领域不断扩大。近年来全球量子通信取得了积极

的进展，国际竞争日趋激烈，美国于2018年6月国会通过了为期10

年的国家量子行动法案，同时对涉及量子信息的关键技术进行出口关

注；2019年3月份欧洲的量子旗舰计划也开始实施，同年4月欧盟委

员会与欧洲航天局达成携手建设高安全的泛欧量子通信基础设施的

协议。2019年10月23日谷歌在《自然》杂志上发表的论文显，

最新实验基于一个包含54个量子比特的量子芯片“西克莫”。谷歌

对产生随机数的计算问题进行验证，即使是当今最先进的传统超级计

算机“顶点”也要耗时1万年，但“西克莫”仅用200秒便完成了运

算。谷歌由此宣称，已经打造出第一台运算能力远远超过传统超级计

算机的量子计算机。IBM发布全球首台专为科学和商业用途设计的独

立量子计算机QSystemOne，该计算机的计算能力20量子比特（即一

步可运算2的20次方）D-WAVE公司推出其5000量子比特计算机的

发展蓝图。2020年12月，中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等构

建成功76个光子100个模式的量子计算机“九章”，处理“高斯玻

色取样”的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍，也就是说,

“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要一亿年。

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