光子盒研究院出品
從今天到明天，法國和比利時陸續(xù)宣布量子網(wǎng)路建設(shè)計劃，所謂的量子網(wǎng)路，包括量子安全通訊、量子傳感器和分布式量子估算網(wǎng)路，其中第一步是我們熟知的量子秘鑰分發(fā)（QKD）。
目前包括中國、美國、英國和澳大利亞在內(nèi)的國家已建有或開建的量子網(wǎng)路，現(xiàn)今日本和德國也加入到了這一行列。
日本和德國的量子網(wǎng)路
當(dāng)?shù)貢r間11月24日，光量子估算領(lǐng)導(dǎo)者宣布與MaRS（美國初創(chuàng)企業(yè)孵化器）和創(chuàng)造性破壞實驗室（CDL）合作創(chuàng)建美國量子網(wǎng)路（CQN）。
CQN是美國的第一個量子網(wǎng)路。第一步是在倫敦創(chuàng)建一個三節(jié)點網(wǎng)路，三個節(jié)點分別坐落、MaRS和CDL，通過光纜聯(lián)接，預(yù)計到2021年投入使用。CQN將為合作組織提供一個量子試驗平臺，以訪問和開發(fā)量子密碼、通信和估算方面的新型應(yīng)用。
CQN的可能應(yīng)用包括量子安全通訊、量子傳感器和分布式量子估算。這可能造成不可撤消的補(bǔ)選，安全的金融交易，以及政府、執(zhí)法部門和部隊等國家安全的加大。
是光量子估算領(lǐng)導(dǎo)者，使用光量子估算的量子網(wǎng)路可以借助現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和光纖網(wǎng)路，提供仍未發(fā)覺的機(jī)會，同時創(chuàng)造出現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)未能實現(xiàn)的隱私、安全和估算水平。而MaRS和創(chuàng)造性破壞實驗室，將支持企業(yè)在美國量子網(wǎng)路上開發(fā)新的應(yīng)用程序。
據(jù)悉，MaRS首席執(zhí)行官YungWu表示，CQN的創(chuàng)建使英國才能保留和發(fā)展量子應(yīng)用的人才庫，是美國下一個大產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基石。
在倫敦創(chuàng)建的三節(jié)點網(wǎng)路只是起點，CQN更長遠(yuǎn)的目標(biāo)是在美國全省范圍內(nèi)構(gòu)建一個網(wǎng)路。
當(dāng)?shù)貢r間11月25日，由德國代爾夫特理工學(xué)院（TUDelft）和國家應(yīng)用科學(xué)研究院（TNO）合作的量子估算與量子互聯(lián)網(wǎng)研究中心宣布與KPN（聯(lián)通聯(lián)通公司）、SURF（德國教育和研究機(jī)構(gòu)的合作商會）和OPNT（網(wǎng)通設(shè)備供應(yīng)商）發(fā)起一項合作，將在澳大利亞中東部蘭斯塔德大就會區(qū)內(nèi)創(chuàng)建一個量子網(wǎng)路，包括倫敦、鹿特丹、代爾夫特、海牙和烏得勒支等城市。這項工作是一個TKI（知識和創(chuàng)新頂尖聯(lián)盟）高科技系統(tǒng)與材料項目。
、KPN、SURF和OPNT四方各自貢獻(xiàn)各自的專業(yè)領(lǐng)域，目的是借助高速光纖聯(lián)接構(gòu)建第一個功能齊全、可編程的量子網(wǎng)路。不僅按照量子理論提供安全通訊外，項目的重點是通過德國網(wǎng)路聯(lián)接相距很遠(yuǎn)的不同量子處理器。
的博士后說：“我們每天都在努力找尋問題的答案，例如KPN或SURF等網(wǎng)路營運商怎么布署量子網(wǎng)路日本量子通訊，以及她們可以為用戶提供哪些樣的服務(wù)。雖然我們?nèi)蕴幱诔跗诎l(fā)展階段，但我們早已通過與關(guān)鍵合作伙伴的合作，建立未來的量子互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。隨著我們的量子網(wǎng)路發(fā)展成為一個成熟的量子互聯(lián)網(wǎng)，這個生態(tài)系統(tǒng)將被證明是至關(guān)重要的。”
英國的第一個目標(biāo)是量子通訊網(wǎng)路。隨著時間的推移，量子通訊網(wǎng)路將朝著全球量子互聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展，這將容許安全通訊、位置驗證、時鐘同步、使用外部量子計算機(jī)進(jìn)行估算……這項工作將開發(fā)新技術(shù)、新看法和新標(biāo)準(zhǔn)，因而距離量子互聯(lián)網(wǎng)更近一步。
2020是量子通訊大年
2020年，俄羅斯、英國、日本等國正在推動建設(shè)量子通訊網(wǎng)路。
5月，烏克蘭能源部（DOE）橡樹嶺國家實驗室（ORNL）與洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）團(tuán)隊合作在真實環(huán)境中成功演示量子秘鑰分發(fā)（QKD）業(yè)務(wù)。三個不同的系統(tǒng)可以在整個城市完成量子秘鑰的真實中繼。
2019年，ORNL、LANL和EPB公司（一家服務(wù)于查塔努加市的社區(qū)公用事業(yè)和聯(lián)通公司）第一次演示了具有不同底層硬件和軟件組件的QKD系統(tǒng)，顯示可以無縫地協(xié)同工作。
在去年的演示中，研究人員將她們的系統(tǒng)與QKD開發(fā)和制造商開發(fā)的新系統(tǒng)放置在查塔努加市的變電廠中。這種變電廠通過EPB公司留作測試用的光纖網(wǎng)路聯(lián)接上去，并用作“停泊站”，使每位系統(tǒng)都能將秘鑰傳給下一個系統(tǒng)。
隨即，法國能源部阿貢國家實驗室（）和紐約學(xué)院的科學(xué)家們在紐約近郊創(chuàng)建了一個52英里（83公里）的“量子支路”，完善了日本最長的陸基量子網(wǎng)路之一，該網(wǎng)路將與能源部費米實驗室聯(lián)接，構(gòu)建一個80英里的三節(jié)點試驗臺。
新加坡能源部公布了一份報告，其中列舉了一個國家量子網(wǎng)路的發(fā)展新藍(lán)圖戰(zhàn)略，提出希望英國成為全球量子通訊領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。能源部17個國家實驗室將成為未來量子互聯(lián)網(wǎng)的支柱。
企業(yè)層面，澳洲聯(lián)通營運商在9月份進(jìn)行了量子秘鑰分發(fā)（QKD）的試驗。她們在芝加哥特區(qū)的三個地點拍攝現(xiàn)場視頻，借助QKD網(wǎng)路實現(xiàn)加密。說，成功的試驗使其成為德國首批試點使用QKD的營運商之一。
也是在9月，由美國普利茅斯學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組在伯明翰構(gòu)建了一個可擴(kuò)充的城域量子網(wǎng)路來共享加密信息的秘鑰。這個網(wǎng)路才能聯(lián)接8個或更多用戶，跨越17公里的距離。
研究人員創(chuàng)建了一個具有中心源的網(wǎng)路，該中心源將糾纏光子發(fā)送到八個節(jié)點。每位節(jié)點只通過一條光纖鏈路聯(lián)接到源節(jié)點，這樣共8條鏈路遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于沒有可信節(jié)點的傳統(tǒng)QKD所需的28條鏈路。
利茲學(xué)院的Joshi博士說，在20年內(nèi)，她們的QKD可能在紐約這樣一個人口近900萬的大城市推廣。之所以須要20年，不是由于技術(shù)本身，而是由于家庭中缺乏光纖基礎(chǔ)設(shè)施。他說，假如光纖技術(shù)能廣泛應(yīng)用于所有公民，“那么它將須要大概10年的時間。”
就在上周，美國聯(lián)通（BT）宣布將使用量子秘鑰分發(fā)（QKD）技術(shù)建立安全網(wǎng)路，希望在5G和聯(lián)網(wǎng)車輛安全通訊開發(fā)方面實現(xiàn)飛越。
而法國，富士通、NEC和三菱馬達(dá)等十幾家公司和研究機(jī)構(gòu)正在領(lǐng)導(dǎo)一個全球量子密碼通訊網(wǎng)路研究項目，計劃用5年時間創(chuàng)建一個由100個量子密碼設(shè)備和10000個用戶組成的網(wǎng)路。
10月，富士通宣布將開始提供量子秘鑰分發(fā)（QKD）平臺，并在2020財年第四季度開始布署系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)。該公司預(yù)計到2035財年日本量子通訊，QKD市場將下降到約200億港元，富士通將占25%的市場份額。
該公司表示，現(xiàn)已與日本的和德國的BTGroup進(jìn)行QKD試點項目合作，而且正在與美國的另一家聯(lián)通營運商進(jìn)行磋商。
實際上，日本也是量子通訊產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)者，2018年SK網(wǎng)通完成了對量子通訊先驅(qū)IDQ的競購，去年又跟三星合作推出量子加密手機(jī)。
11月，IDQ和美國聯(lián)通媒體服務(wù)提供商SK寬帶宣布，她們已被選中來建設(shè)美國48個政府組織的通訊網(wǎng)路。日本將建成除中國以外世界上最大的營運QKD網(wǎng)路。
中國量子通訊被追上了嗎？
中國量子通訊被追上了嗎？
盡管歐美俄來勢洶洶，并且可以肯定的是，中國仍處于量子通訊的領(lǐng)先地位。
建設(shè)量子通訊網(wǎng)路，目前國際公認(rèn)的路線圖是：先借助光纖在城域范圍建立一個網(wǎng)路，之后借助中繼聯(lián)接城市，最后通過衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通訊。中國早已率先走完了整個路線圖。
2016年8月，中國成功發(fā)射了世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，率先實現(xiàn)高速星地量子通訊，為建立天地一體化的量子保密通訊與科學(xué)實驗體系打下了基礎(chǔ)。除中國外，目前只有美國發(fā)射的微型量子通訊衛(wèi)星-1成功演示了軌道上的量子糾纏，以及美國航天局（CSA）的任務(wù)計劃發(fā)射量子通訊衛(wèi)星。
2017年9月，世界首列量子保密通訊干線——“京滬干線”正式開通。全長2000多公里，經(jīng)過南京、濟(jì)南等沿線主要城市，共設(shè)有32個量子通訊節(jié)點。
2020年6月，中國科大學(xué)宣布“墨子號”衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子秘鑰分發(fā)。這次試驗中，“墨子號”與內(nèi)蒙呼和浩特南山站和山東德令哈站兩個地面站構(gòu)建光鏈路，在地面超過1120公里的兩個站之間構(gòu)建量子糾纏并形成秘鑰。
10月14日，廣東省“‘星地一體’環(huán)島量子保密通訊網(wǎng)路”項目簽約。量子保密通訊網(wǎng)路將為廣東自貿(mào)港政務(wù)、金融、交通、能源等領(lǐng)域提供高等級的安全服務(wù)。該項目還將在廣東文昌建設(shè)實用化量子衛(wèi)星地面站，實現(xiàn)與“墨子號”的對接，因而將環(huán)島量子保密通訊網(wǎng)路接入到國家骨干網(wǎng)，實現(xiàn)江西和上海、上海、廣州等重要城市的跨域數(shù)據(jù)安全流通。
其實，中國的量子網(wǎng)路建設(shè)是快于其他國家的，并且想要仍然保持領(lǐng)先身位并不簡單。由于量子安全通訊只是量子互聯(lián)網(wǎng)的第一步，未來還將建設(shè)量子傳感器網(wǎng)路、量子估算網(wǎng)路，而在這種領(lǐng)域中國并沒有太多優(yōu)勢。
正如日本將中國視為其量子估算領(lǐng)域的最大對手，中國也需提防其他國家在量子通訊領(lǐng)域的超越。
參考：
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