2021年1月7日，距離世界首顆量子通信實驗衛星“墨子號”發射過去了4年4個月，距離世界首條量子通信骨干網絡“京滬干線”開通過去了3年3個月，中國科學技術大學潘建偉團隊與合作者在《自然》（Nature）上發文，正式宣布天地一體化的大規模量子通信網絡在技術上可行。

澎湃新聞發現，論文投遞于2019年1月，文中引述的許多實驗數據采集于2017年。因此，相比起最新成果展示，這篇題為《跨越4600公里的天地一體化量子通信網絡》的文章的意義主要在于對中國量子通信技術實踐進行了歸納性的闡述，令中國構建的世界首個大型天地一體化量子通信網接受國際學術期刊的檢驗。

經過近2年的長考，《自然》審稿人評價道：“論文報告了一個令人印象深刻的工程成就”，“描述了地球上最大、最先進的量子密鑰分發網絡”。

要知道，1989年，當首個量子密鑰分發（QKD）實驗在IBM實驗室內實現，線路只有32厘米，而且因設備操作時會發出噪音，被調侃為只有聾子才破解不了量子保密通信。

從32厘米到4600公里，其中需要解決大量科學和技術問題。

這4600公里實際上是由2000公里+2600公里構成的。2000公里，指的是京滬干線，采用的是地面光纖傳輸的方式。光纖QKD技術的信道穩定性較好，不易受到溫度、濕度、天氣等環境因素影響，可以實現基本恒定的安全碼率，適用城域和城際范圍。

京滬干線覆蓋四省三市共32節點，在量子中繼技術尚未攻克的情況下，基于可信中繼方案實現了目前世界上最遠距離的量子密鑰分發干線。

建設過程中，研究團隊攻關了高速量子密鑰分發、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網絡管控監控等系列工程化技術。

潘建偉團隊表示，京滬干線建成后開展了長達兩年多的相關技術驗證，已經接入包括金融、電力、政務等150多家行業用戶。

在安全性測試方面，京滬干線通過了光子數分離攻擊、致盲攻擊、時移攻擊、波長依賴攻擊和一些潛在的特洛伊木馬攻擊等，結果表明京滬干線可以抵御目前所有已知的量子黑客攻擊方案，同時京滬干線網絡的密鑰分發量可以支持1.2萬以上用戶同時使用。

天地一體化量子通信網絡的另一部分，指的是以衛星作為中繼站的星地QKD鏈路，適用于超遠距離、移動目標、島嶼和駐外機構等光纖資源受限的場景。新疆南山和河北興隆兩個地面站之前的距離，就是2600公里。

研究團隊在優化地面站接收光學系統、提高QKD發射系統時鐘頻率并應用更高效QKD協議的基礎上，最終在南山地面站實現了衛星對地面站的高速量子密鑰分發，生成速率比之前的工作高出約40倍。

文章同時展望，量子技術成熟到了足以實用的地步。通過地面光纖及衛星將更多國家量子網絡連接起來，全球量子網絡是可以實現的。

近期，歐美等國家、地區已經出臺相關規劃。2020年，美國發布《量子網絡戰略愿景》提出，“未來5年，美國將展示實現量子網絡的基礎科學和關鍵技術，從量子互連、量子中繼器、量子存儲器到高通量量子信道，以及洲際天基糾纏分發”；

歐盟發布量子旗艦計劃《戰略研究議程》，提出“3年愿景是利用QKD協議和具有可信中繼節點的網絡實現全球范圍的安全密鑰分發，6-10年愿景是使用量子中繼器在光纖上實現800公里以上的量子通信”。

潘建偉團隊表示，京滬干線和“墨子號”發展的相關技術為量子通信系統小型化、低成本、國產化奠定了基礎，也為形成衛星量子通信國際技術標準奠定了基礎。