中国科大在合肥建成世界上首个光量子电话网
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新闻博览中国科大在合肥建成世界上首个光量子电话网 2009-05-04
 
最近，我校潘建伟小组在实用化量子通信方面取得了重大进展，在合肥建成了世界上首个光量子电话网，绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活。通过商业光纤网络，多个用户之间可以通过真正安全、不怕任何窃听的量子电话来进行通信，量子电话网的成功，使得量子通信第一次真正展现了它的实用价值。该项成果今年4 月发表在光学领域国际著名期刊《光学快递》（Optic Express）上，一经发表便被《科学》以“量子电话呼叫（Quantum Phone Calls）”为题进行了报道。
 
量子通信是量子力学和经典通信的交叉学科，有着传统通信方式所不具备的绝对安全特性，在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的前景和应用价值。为了让量子通信从理论走到现实，让理论预测的绝对安全性变成真正不怕窃听的全新通信方式，从20世纪90年代开始，国内外科学家做了大量的研究工作。在研究初期，虽然量子通信是人类目前已知的唯一的安全通信手段，但由于真实系统的不完美性和缺乏真正的量子单光子源，量子通信系统的安全通信速率随着距离增加而急剧下降，安全通信的距离也只有10公里量级。由于量子通信速率不够，科学家们只能通过反复使用同一组密码来模拟进行实时通信，这使得量子通信系统只能停留在实验室内，不具备应用价值。
 
2003年，韩国学者黄元英教授、我国清华大学王向斌教授以及加拿大罗开广教授等人提出了诱骗态量子密码理论，彻底解决了真实系统和现有技术条件下量子通信的安全速率随距离增加而严重下降的问题，引起了广泛关注。2006年夏，我国潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学-维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态理论，同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验（潘建伟小组最近又完成了绝对安全通信距离达到200公里的诱骗态量子密钥分发实验）。此前完成的100公里量级实验的安全通信距离其实只要10公里量级，甚至更低。这三个实验同时发表在著名物理学国际期刊《物理评论快报》上，真正打开了量子通信走向应用的大门，成为了当年量子信息领域的一大焦点。
 
此后，由潘建伟、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。这是我国科学家继自由空间量子纠缠分发、绝对安全距离大于100km的量子保密通信之后，在实用化量子通信领域取得的又一国际领先的研究成果。正如《科学》杂志评论的那样：有了这样的演示，在你自家的“量子隐私”不会是很遥远的未来。
 
潘建伟小组在标准通用光纤的基础上完成的这些实验工作，所采用的器件大部分是经典光通信中已经发展成熟的器件，并且还研制了一系列关键器件，主要性能指标已经达到或超过国际同类产品。潘建伟小组在量子通信实用化及其网络化核心技术方面的相继突破，表明在我国实现量子通信技术的产业化的时机已经到来。