澎湃新闻记者虞涵棋
1989年，当首个量子秘钥分发（QKD）实验在IBM实验室外实现，线路只有32分米，但是因设备操作时会发出噪声，被嘲讽为只有聋子才破解不了量子保密通讯。
现在，在“墨子号”量子通讯实验卫星和沪宁干线的串联下，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。
上海时间1月7日零时，中科院教授、中国科学技术学院院长潘建伟团队在世界顶尖学术刊物《自然》（）刊物上发文解读了这些“连连看”是怎样实现的。文章题为《一个超过4600公里的集成星地量子通讯网路》（Anspace-to-over4,600）。
文章觉得，这项工作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将更多国家量子网路联接上去，全球量子网路可以实现。
量子通讯的距离问题
量子秘钥的特征在于它是编码在光子的量子态上，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。
不可复制也有益处，那就是工程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，目前现实世界条件下两个地面用户之间直接通过光纤分发量子秘钥，最远距离只能达到约100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”，通过人工值守、网络隔离等手段保障中继站点内的信息安全。
其实，不仅现实可用的技术，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，北京量子技术研究院王向斌团队与潘建伟团队合作将真实环境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1200千米潘建伟 量子通讯，平均成分辨率可达1.1kbps（每秒1.1千比特）。
关键技术
虽然之前的实验早已证明了小规模量子城域网和关键服务的可行性，但建设实用的大规模量子广域网路仍需克服几大挑战。
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。
量子秘钥分发设备、控制设备和精典通讯设备。SPD指单光子侦测器
据悉，她们还将星地QKD距离从1200公里提高到2000公里，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。
星地量子通讯网路
基于这种技术突破，一个集成的星地量子通讯网路成型，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。
该网路平均成分辨率可达47.8.1kbps，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。
从示意图可知，的星地量子通讯网路包括上海、济南、上海、合肥四个光纤量子城域网（蓝色箭头）、1条“京沪干线”（红色线路）和联接兴隆、南山两个地面站（红色方框）的星地链路。其中，干线长2000公里，两个卫星地面站相距2600公里
同时，兴隆地面站也与上海量子城域网通过光纤链接。
坐落南山地面站的1.2米望远镜和坐落兴隆地面站的1米望远镜
每位量子城域网中都有三种节点，白色圆圈为用户节点，红色圆圈为全通光开关，白色圆圈为可信节点。
文章介绍道，地面上的量子保密通讯光纤网路早已在为150多名用户提供服务。这么，量子通讯网路构架和管理究竟是如何进行的呢？文章以从上海到南京的安全传输为例进行探讨。
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。假如是，那就是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。
展望全球量子网路
文章总结道，这项工作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将更多国家量子网路联接上去，全球量子网路可以实现。
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潘建伟 量子通讯，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。
展望未来，文章觉得，随着量子通讯网路扩充产生更复杂的拓扑结构和完整的支路，我们可以探求安全时频传输、对量子引力的基本测试、大规模干涉检测应用。分布式量子估算、量子中继器在不远的将来也可能实现。