该网路平均成分辨率比此前的“墨子号”实验高出40多倍。光纤QKD链路历时2000公里，而星地QKD链路历时2600公里，两相结合，网路内任意一个用户可以实现最历时到4600公里的量子保密通讯。
潘建伟强调，这项成果表明量子技术成熟到了足以实用的地步，通过地面光纤及卫星就能将更多国家量子网路联接上去，可实现建立全球量子网路。《自然》杂志审稿人评价称，这是月球上最大、最先进的量子秘钥分发网路，是量子通讯“巨大的工程性成就”。
从32分米到4600公里通讯距离提高超14万倍
1989年，首个量子秘钥分发（QKD）实验在IBM公司的实验室外实现，当时的传输线路只有32分米。现在，在“墨子号”量子通讯实验卫星和“京沪干线”的交互下，经过五年多稳定性、安全性测试量子通讯干线，中国早已实现了4600公里的量子保密通讯网路，并为超过150名用户提供服务。
量子秘钥是根据量子不可克隆定律，一个未知的量子态不能否被精确地复制，一旦被检测也会被破坏。为此，一旦有人盗用并企图自行读取量子秘钥，一定会被发觉。
然而，不可复制也有益处，那就是工程方案上未能像联通号一样被提高。光子通过长距离光纤传输，必然会形成耗损。再加带环境噪声的影响，目前真实环境中两个地面用户之间直接通过光纤分发量子秘钥，最远的传输距离只能达到约100至200公里。
在量子中继器技术仍未成熟的情况下，距离历时2000公里的世界首列量子保密通讯干线“京沪干线”沿途设置了32个中继站点进行“接力”，通过网路隔离等手段保障中继站点内的信息安全。
与此同时，科学家们也在探求一些更为前沿的新技术以解决距离问题。诸如，双场量子秘钥分发（TF-QKD）。在这方面，潘建伟团队与其合作者将真实环境中光纤的双场量子秘钥分发距离从300公里拓展到了509公里。另一方面，高轨道的卫星可以作为天基中继站点。对于长距离或洲际用户来说，因为自由空间内量子讯号衰减水平低、退相干效应可以忽视，星地QKD成了最具吸引力的方案。
2017年，潘建伟团队利用“墨子号”卫星成功向广东兴隆地面站分发了量子秘钥，最远距离达到1200千米，平均成分辨率可达1.1kbps（每秒1.1千比特）。
目前，“京沪干线”地面量子通讯光纤网路已在为150多名用户提供服务，在这方面，潘建伟团队演示了上转换单光子侦测器、密集波分复用、高效顶底传输、实时后处理和监控等核心关键技术，最重要的是对抗已知的量子功击。关于星地链路，她们则通过急剧提高系统软硬件设计实现了高速星地QKD。硬件方面，优化了地面接收器的光学系统，提升了QKD系统的时钟速度；软件方面，采用更高效的QKD合同来世成秘钥。
据悉，她们还将星地QKD距离从1200公里提高到2000公里量子通讯干线，相应的覆盖角度为170度，几乎是整个天空。南山地面站里的远程用户可以与“京沪干线”上的任一节点进行QKD，无需额外的地面站或光纤链路。
建立星地量子通讯网路实验室阶段新方案将进入实用
基于这种技术突破，由一个包括700多个QKD链路的大规模光纤网路和两段星地自由空间QKD链路组成的、一个集成的星地量子通讯网路早已成型。
据介绍，该网路平均成分辨率比此前的“墨子号”实验高出40多倍。光纤QKD链路历时2000公里，而星地QKD链路历时2600公里，两相结合，网路内任意一个用户可以实现最历时到4600公里的量子保密通讯。
这么，量子通讯网路构架和管理究竟是如何进行的呢？例如，上海用户想要传输信息，计算机向秘钥管理系统发送恳求秘钥的命令，并向路由器找寻精典信息传输的精典路径。秘钥管理系统检测秘钥是否足够——如果是，那就将秘钥发送到计算机；否则，它将向量子系统服务器发送生成更多秘钥的命令。量子系统服务器将命令发送至量子控制系统，找到最佳的秘钥生成路径，发送生成秘钥的命令。秘钥在量子化学层中生成，储存在量子管理系统。使用秘钥对消息进行编码或解码以后，信息可以安全地传输给北京的用户。
随着量子讯号操控技术的发展，这些尚在实验室阶段的新型QKD方案也将进入实用，比如检测元件无关QKD、双场QKD等。将检测元件无关QKD和校正良好的设备结合上去，量子秘钥分发系统可以在现实条件下提供足够的安全性。潘建伟团队表示，“京沪干线”可以直接升级以适应这种新方案。