九章以后，潘建偉團隊又一研究成果登上。
這一次，是量子通訊網路在工程上的又一次重大突破：在“墨子號”量子通訊實驗衛星和滬寧干線的串聯下，我國早已實現了4600公里的量子保密通訊網路，并已為超過150名用戶提供服務。這也是全球首個集成量子通訊網路。
但是，衛星到地面量子秘鑰分發的平均傳輸速度，比之前增強了40多倍。潘建偉院士表示：我們的工作表明，對于大規模實際應用而言，量子通訊技術早已足夠成熟。
而審稿人也對此評價稱，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”。
首個集成量子通訊網路
量子秘鑰分發（QKD），是借助量子通訊的形式，讓通訊雙方擁有共同的秘鑰。
由于秘鑰是借助量子態來進行加密的，所以任何監聽行為就會導致量子態改變，進而曝露。
也就是說，量子秘鑰分發具有“無條件的安全性”。
從1989年第一次在在IBM實驗室實現32分米的點對點QKD，到如今，潘建偉團隊達到500公里量級的QKD，那些都驗證了點對點QKD的可行性。
但若建立一個大規模的量子通訊網路仍要面臨須要不少的挑戰。
例如各類拓撲結構的兼容，例如工程上怎么使標準QKD設備便于擴充，諸如怎樣保持常年的安全性和穩定性……
現在，這種問題得到了實質性的解決。
潘建偉團隊提出了一個實用型的大規模量子通訊網路，由4個光纖城域網（上海、濟南、上海、合肥），1個長途光纖骨干網路（“京滬干線”）中國量子通訊是騙局，和2個星地鏈路（聯接興隆、南山兩個地面站）*組成。
其中，滬寧干線全長2000余公里，早已服務于150多個用戶；興隆、南山兩個地面站相距2600公里。二者相結合，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。
廣州到北京的信息傳輸，須要這幾步
整個網路由五層組成：應用層、經典邏輯層、經典數學層、量子邏輯層和量子化學層。
具體怎么進行傳輸呢？以廣州的用戶給北京的用戶發信息為例，大體分成這幾個步驟。
1、北京的用戶將“消息傳輸”命令發送給計算機。
2、計算機向秘鑰管理系統發送命令“提供秘鑰”，并向路由器發送命令“找到精典信息傳輸的精典路由”。
3、密鑰管理系統檢測秘鑰是否足夠。假如足夠，則將秘鑰發送給計算機；否則，都會要求量子系統服務器生成更多的秘鑰。
4、量子系統服務器將命令發送給量子控制系統。此后，量子控制系統找到最佳秘鑰生成路線，并發送“生成秘鑰”的命令。
5、密鑰在量子化學層中生成中國量子通訊是騙局，并儲存在秘鑰管理系統中。
6、在使用秘鑰對消息進行編碼或解碼以后，信息將安全地傳輸給北京的用戶。
具體細節，我們進一步拆解來看。
地面通訊+星地通訊的天地一體化
地面通訊
對于4個城域網，研究團隊探求了不同類型的拓撲結構，以研究和解決廣泛的參數，例如成本、安全、性能兩者之間的權衡。
以南京城域網為例，其核心是12個可信節點組成的支路。這樣設計的優點在于，能有效防止單個節點的故障或拒絕服務。
骨干網（即滬寧干線）則為線性拓撲結構，有32個可信中繼節點和31條鏈路。
星地通訊
關于高速星-地量子秘鑰分發，主要借助坐落興隆和南山的兩個地面站，中間的通訊靠中國的“墨子號”量子科學實驗衛星實現。
這次，在硬件、軟件以及多個方面都有急劇的提高。
在硬件上，優化了地面接收機的光學系統；軟件上，則采用了更高效的QKD合同來世成秘鑰。
最終實現平均秘鑰速度保持在47.8kb/s，比此前的“墨子號”實驗高出40多倍。
據悉，我們將衛星-橢圓-地面QKD距離從1200公里擴充到2000公里，相應的覆蓋角約為170°，幾乎就是整個天空。
這一信道耗損與中地軌道衛星與地面之間的信道耗損相當（約4萬公里），這說明通過月球衛星建立更通用的超長量子鏈路是可行的。
最后，通過將光纖空間鏈路集成到我們的網路中，南山的遠程用戶可以與骨干網中的任何節點進行QKD，而不須要額外的地面站或光纖鏈路。
據悉，潘建偉團隊還勾畫了“2017年一年內骨干網四大城域網之間”以及“12月內每兩個相鄰節點之間”的平均秘鑰速度變化，以驗證骨干網的穩定性和可靠性。
可以看見，骨干網系統漸趨穩定，最小秘鑰速度通常小于。
以及2017年12月內，31條鏈路的秘鑰速度均低于28.4kbps，最大秘鑰速度達到235.4kbps。超過三分之二的鏈路形成的秘鑰速度小于50.0kbps。
10年歷程
這樣里程碑式的工程突破，背后是10年以來中國量子科技領域科研人員的不斷攻堅克難。
2011年12月，“墨子號”量子科學實驗衛星項目立項。
2016年8月，衛星于蘭州衛星發射中心發射升空，成為全球首顆用于進行量子科學實驗的衛星。
2017年6月，“墨子號”實現了全球首次千公里級地星單向量子糾纏分發，登上封面。
截止同年8月，“墨子號”圓滿完成三大既定科學目標：千公里級地星單向量子糾纏分發、地星量子秘鑰分發和地星量子隱型傳態。后兩項成果登上。
2019年，“墨子號”又率先舉辦量子糾纏退相干實驗檢驗，成果在上在線發布。
而“墨子號”整體實驗設計，也被日本科學推動會授予2018年度克利夫蘭獎。這也是中國科學家在本土完成的科研成果，首次獲得這一榮譽。
2020年6月，基于“墨子號”，潘建偉團隊還首次實現了1120公里長距離無中繼糾纏量子秘鑰分發。
而量子通訊應用中最為重要的滬寧干線項目，于2013年7月立項，2017年9月末即將開通。
滬寧干線是中國首列量子保密通訊干線，實現了聯接天津、上海，貫串西安和蘭州全長2000余公里的量子通訊骨干網路。
結合滬寧干線和“墨子號”衛星，2018年，中國和俄羅斯科學家實現了7600公里的洲際量子保密通訊。
通過“京滬干線”，中國工商建行早已成功了實現了網上建行滬寧異地數據的量子加密傳輸。
而中國人民工行也利用“星地一體化”量子通訊廣域網路和廣州城域網，實現了山西分行至廣州金融信息中心之間的高安全量子加密應用。
而正是這一步步的基礎研究和工程化實踐，讓量子通訊從實驗室走向了實用化。
不過，在接受科技商報專訪時，潘建偉院士也強調：雖然量子通訊是一個新興領域，但它并不是要替代現有的通訊方法，恰恰相反，它將以一種新的途徑來急劇增強現有信息系統的安全性。
下一步如何走
潘建偉院士也提及，量子通訊的發展目標是建立全球范圍的廣域量子通訊網路體系。
據中科大官方報導，接出來，潘建偉團隊將與來自德國、意大利、俄羅斯和美國的國際團隊合作，進一步擴大在中國的網路。
她們還將旨在于開發大型、經濟高效的量子秘鑰分發衛星和地面接收器。還有中高月球軌道衛星，借以實現萬公里級的量子秘鑰分發。
論文中，研究團隊還強調，隨著遠程量子訊號操控技術的發展，與檢測設備無關的QKD、雙場QKD、通用量子通訊合同等目前尚在實驗室階段的新型QKD方式，也將進入實用。目前的骨干網路可以直接更新采用這種方案。
據悉，隨著骨干網的擴充，通訊網路將產生更復雜的拓撲結構和完整支路，安全的時頻傳輸、對量子引力的基本測試、大規模干涉檢測應用都將成為可能。
而分布式量子估算、量子中繼器可能在不久的將來，獲得大面積實現。