該網路平均成分辨率比此前的“墨子號”實驗高出40多倍。光纖QKD鏈路歷時2000公里，而星地QKD鏈路歷時2600公里，兩相結合，網路內任意一個用戶可以實現最歷時到4600公里的量子保密通訊。
潘建偉強調，這項成果表明量子技術成熟到了足以實用的地步，通過地面光纖及衛星就能將更多國家量子網路聯接上去，可實現建立全球量子網路。《自然》雜志審稿人評價稱，這是月球上最大、最先進的量子秘鑰分發網路，是量子通訊“巨大的工程性成就”。
從32分米到4600公里通訊距離提高超14萬倍
1989年，首個量子秘鑰分發（QKD）實驗在IBM公司的實驗室外實現，當時的傳輸線路只有32分米。現在，在“墨子號”量子通訊實驗衛星和“京滬干線”的交互下，經過五年多穩定性、安全性測試量子通訊干線，中國早已實現了4600公里的量子保密通訊網路，并為超過150名用戶提供服務。
量子秘鑰是根據量子不可克隆定律，一個未知的量子態不能否被精確地復制，一旦被檢測也會被破壞。為此，一旦有人盜用并企圖自行讀取量子秘鑰，一定會被發覺。
然而，不可復制也有益處，那就是工程方案上未能像聯通號一樣被提高。光子通過長距離光纖傳輸，必然會形成耗損。再加帶環境噪聲的影響，目前真實環境中兩個地面用戶之間直接通過光纖分發量子秘鑰，最遠的傳輸距離只能達到約100至200公里。
在量子中繼器技術仍未成熟的情況下，距離歷時2000公里的世界首列量子保密通訊干線“京滬干線”沿途設置了32個中繼站點進行“接力”，通過網路隔離等手段保障中繼站點內的信息安全。
與此同時，科學家們也在探求一些更為前沿的新技術以解決距離問題。諸如，雙場量子秘鑰分發（TF-QKD）。在這方面，潘建偉團隊與其合作者將真實環境中光纖的雙場量子秘鑰分發距離從300公里拓展到了509公里。另一方面，高軌道的衛星可以作為天基中繼站點。對于長距離或洲際用戶來說，因為自由空間內量子訊號衰減水平低、退相干效應可以忽視，星地QKD成了最具吸引力的方案。
2017年，潘建偉團隊利用“墨子號”衛星成功向廣東興隆地面站分發了量子秘鑰，最遠距離達到1200千米，平均成分辨率可達1.1kbps（每秒1.1千比特）。
目前，“京滬干線”地面量子通訊光纖網路已在為150多名用戶提供服務，在這方面，潘建偉團隊演示了上轉換單光子偵測器、密集波分復用、高效頂底傳輸、實時后處理和監控等核心關鍵技術，最重要的是對抗已知的量子功擊。關于星地鏈路，她們則通過急劇提高系統軟硬件設計實現了高速星地QKD。硬件方面，優化了地面接收器的光學系統，提升了QKD系統的時鐘速度；軟件方面，采用更高效的QKD合同來世成秘鑰。
據悉，她們還將星地QKD距離從1200公里提高到2000公里量子通訊干線，相應的覆蓋角度為170度，幾乎是整個天空。南山地面站里的遠程用戶可以與“京滬干線”上的任一節點進行QKD，無需額外的地面站或光纖鏈路。
建立星地量子通訊網路實驗室階段新方案將進入實用
基于這種技術突破，由一個包括700多個QKD鏈路的大規模光纖網路和兩段星地自由空間QKD鏈路組成的、一個集成的星地量子通訊網路早已成型。
據介紹，該網路平均成分辨率比此前的“墨子號”實驗高出40多倍。光纖QKD鏈路歷時2000公里，而星地QKD鏈路歷時2600公里，兩相結合，網路內任意一個用戶可以實現最歷時到4600公里的量子保密通訊。
這么，量子通訊網路構架和管理究竟是如何進行的呢？例如，上海用戶想要傳輸信息，計算機向秘鑰管理系統發送懇求秘鑰的命令，并向路由器找尋精典信息傳輸的精典路徑。秘鑰管理系統檢測秘鑰是否足夠——如果是，那就將秘鑰發送到計算機；否則，它將向量子系統服務器發送生成更多秘鑰的命令。量子系統服務器將命令發送至量子控制系統，找到最佳的秘鑰生成路徑，發送生成秘鑰的命令。秘鑰在量子化學層中生成，儲存在量子管理系統。使用秘鑰對消息進行編碼或解碼以后，信息可以安全地傳輸給北京的用戶。
隨著量子訊號操控技術的發展，這些尚在實驗室階段的新型QKD方案也將進入實用，比如檢測元件無關QKD、雙場QKD等。將檢測元件無關QKD和校正良好的設備結合上去，量子秘鑰分發系統可以在現實條件下提供足夠的安全性。潘建偉團隊表示，“京滬干線”可以直接升級以適應這種新方案。