2015年12月，世界頂級物理雜志、英國物理學會下屬的《物理世界》公布了2015年度國際物理學領域的10項重大突破，潘建偉、陸朝陽等以“多自由度量子隱形傳態”的研究成果入選，并榮登榜首。
不久，在2015年度國家科技獎評獎中，以潘建偉、彭承志等為主要完成人的“多光子糾纏及干涉度量”團隊，又摘得了我國自然科學領域最高獎項——自然科學獎一等獎。
接連傳出的重磅消息，不僅震動了全球量子物理領域，更讓“中國量子通信”正式走進了尋常百姓的視野。
從跟隨者到領跑者
“在量子通信領域，中國從10年前不起眼的國家發展為現在的世界勁旅，將領先于歐洲和北美……”
這是2012年英國《自然》雜志在報道潘建偉團隊量子通信研究成果的新聞特稿“量子太空競賽”一文中，對中國量子領域的崛起表達的贊美之詞。
事實上，自“量子通信”概念提出開始，西方各主要發達國家都將量子通信的研發和應用列為優先級戰略。
IBM公布在未來的5年內投資30億美元用于未來芯片的發展研究，其中主要內容就包括超導量子芯片；歐洲的“地平線2020”計劃宣布每年用1000萬歐元做量子信息的協同研究；美國國家航空航天局（NASA）正計劃在總部與噴氣推進實驗室之間，建一條600公里左右的量子光纖通信干線……
1984年，美國IBM公司的Bennett和加拿大蒙特利爾大學的Brassard共同提出了第一個量子密鑰分發協議，即著名的BB84方案，標志著量子通信領域的誕生。1992年，Bennett又提出了簡化的BB84方案（稱為B92方案），并和Bessette合作第一次從實驗上原理性演示了量子密鑰分發。1995年，中國科學院物理研究所吳令安小組在實驗室內完成了我國最早的量子密鑰分發實驗演示。2000年，該小組又與中國科學院研究生院合作，利用單模光纖完成了1.1公里的量子密鑰分發演示實驗。2002年至2003年間，瑞士日內瓦大學Gisin小組和我國華東師范大學曾和平小組分別在67公里和50公里光纖中演示了量子密鑰分發。2005年，中國科學院院士郭光燦小組在北京和天津之間也實現了125公里光纖的量子密鑰分發演示性實驗。
在量子通信的國際賽跑中，盡管中國屬于后來者，但是無論從基礎理論研究還是應用研究方面一點也不遜色。基礎扎實，勢頭強勁的中國量子通信博得了世界各國的尊重。
2005年，國際上已經有三個實驗小組聲稱可以將通信距離達到100公里以上。
然而隨著理論研究的深入，科學家們逐漸認識到：由于當時普遍使用弱相干光源模擬理論方案中的單光子源，因此當時所有的量子通信實驗實際上是存在安全隱患的，使得當時的安全通信距離只有10公里量級，并不具有實用價值。
就在這一年，華人科學家王向斌、羅開廣、馬雄峰和陳凱等共同提出了基于誘騙態的量子密鑰分發實驗方案，從理論上把安全通信距離大幅度提高到100公里以上。
2006年，潘建偉團隊在世界上首次利用誘騙態方案實現了安全距離超過100公里的光纖量子密鑰分發實驗。同時，美國Los Alamos國家實驗室—美國國家標準局聯合實驗組和奧地利科學院Anton Zeilinger教授領導的歐洲聯合實驗室也使用誘騙態方案實現了安全距離超過100公里的量子密鑰分發。
這三個實驗同時發表在國際著名物理學期刊《物理評論快報》上，真正打開了量子通信技術應用的大門，量子通信得以從實驗室演示開始走向實用化和產業化。
作為中國量子通信發展的中堅力量，中國科學技術大學量子通信團隊經過30余年的建設，創造了國際量子通信領域的一個又一個“傳奇”。
2005年，潘建偉團隊在世界上第一次實現13公里自由空間量子通信實驗，證實了星—地量子通信的可行性。
2009年，潘建偉團隊在世界上率先將采用誘騙態方案的量子通信距離突破至200公里。
2010年，中國科學技術大學和清華大學的研究人員實現了當時國際上距離最遠的（16公里）自由空間量子態隱形傳輸。
2012年，潘建偉等人在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發……
今年對于量子通信而言，是具有里程碑意義的一年：由中國科學家自主研發的世界首顆量子科學實驗衛星將于7月發射，量子保密通信“京滬干線”下半年全線開通，“天地一體化”的量子通信衛星網絡初步形成……
捷報頻傳的中國量子通信，讓中國乃至世界科學界為之振奮。如今，量子通信已經成為中國為數不多的具有世界領先水平的尖端技術。
從神話邁向實用化
在電子通信時代，信息安全脆弱得像一層窗戶紙。棱鏡門等類似事件，已經在很多人的心中留下了深深的“陰影”。
基于計算復雜度的經典加密體系一次次被破解，絞盡腦汁的信息加密最終可能淪為虛設。
比如打電話時，他人可通過竊聽器，從通信線路中的信號中分出一些，使其進入另一根線路。竊聽時，0和1這兩種信號不會被擾動，所以通話者無法察覺。去年《紐約時報》報道的美國國家安全局監聽谷歌、雅虎用戶的通信一事，就暴露出經典通信的隱患。
而量子通信可以將信息編碼，加載到單個光子的量子疊加態的偏振方向上。單光子是光能量的最小組成單元，不能再被分割，量子狀態無法被精確復制，任何竊聽行為都會對其造成擾動，從而被通信雙方察覺并規避。
通過量子態傳輸，通信雙方協商生成量子密鑰，再加上對信息進行“一次一密”的加密保護，真正實現信息在傳輸中的完全隨機、不可破譯，從根本上解決通信安全問題。
“從理論上來說，量子通信是絕對安全的。”潘建偉曾表示。
回到國內，傳統的信息產業目前在技術上仍然處于相對落后的地位，無論是民用通信還是軍用通信，在信息加密的硬、軟件方面都可能受制于人。例如，在網絡傳輸安全協議、信息處理終端等軟、硬件方面，我國都還有相當一部分產品和技術依賴國外。
在當今信息全球化的大背景下，保障國家信息安全，唯有求助于量子通信這一“終極武器”。
2004年以來，在對量子信息處理的核心資源——多量子糾纏的制備與操縱方面，我國先后實現了4光子（2003年）、5光子（2004年）、6光子（2007年）和8光子糾纏（2012年），數次創造了糾纏光子數目的世界紀錄。這種對核心資源的處理能力，讓我國在量子通信實際應用方面走得更快。
早在2008年，我國就建成了光量子電話網，實現了“一次一密”加密方式的實時網絡通話。世界上規模最大的46節點的量子通信試驗網，則于2012年在安徽省合肥市建成投用，通信準確率達到了99.6%，這標志著我國在大容量的量子通信網絡技術方面已經取得了關鍵突破。
經過多年的努力，在量子通信城域網方面，中國走在了世界的前列。目前，已經建設完成合肥城域網、濟南城域網，上海、北京、杭州、廣州、烏魯木齊等城市也在加緊建設量子通信城域網。
然而，這只是個開始。
要實現遠距離甚至全球量子通信，僅僅依靠光纖量子通信技術是遠遠不夠的。這是因為光子極易被信道吸收，造成信號隨通信距離指數衰減、誤碼率提高，進而導致通信失敗，使得光纖量子通信很難突破百公里量級傳輸距離的限制。
在當今世界全球化進程日益加快的背景下，短距離的量子保密通信顯然無法滿足國家政治、經濟、軍事等各方面的要求。構建廣域乃至全球范圍的絕對安全的量子通信網絡，才是發展量子通信技術的終極目標。
迎難而上，雷厲風行。中國量子科學家們已開始積極行動。
“編織”全球化廣域量子通信網
2013年7月17日，習近平總書記在視察中國科學院時發表的重要講話中指出：“量子通信已經開始走向實用化，這將從根本上解決通信安全問題，同時將形成新興通信產業。”
總書記的希冀，為中國量子通信指明了前進的道路。中國科學家集思廣益，繪制了一副全球化廣域量子通信網：中國計劃在2030年建成全球化的量子通信網絡。
為此，2011年，啟動了量子科學實驗衛星的研制，2013年啟動了光纖量子通信骨干網工程“京滬干線”項目。
作為中科院空間科學先導專項的一部分，量子科學實驗衛星完全是由中國科學家自主研發。據潘建偉介紹，研制過程中，最困難的環節就是它的有效載荷，“攻克了許多技術難題才拿下”。
目前，該衛星已完成載荷正樣產品、衛星平臺正樣產品研制、整星電測和熱平衡試驗，正在開展發射星集成測試、EMC測試、力學試驗、磁測試等工作。
在科學應用系統方面，現在已完成興隆、南山、德令哈量子通信地面站的驗收測試。此外，德令哈量子通信地面站與衛星有效載荷初樣鑒定件的對接實驗，阿里量子隱形傳態實驗艙驗收也已經完成。
中科院上海技術物理研究所王建宇研究員曾向媒體介紹，衛星上天后，科學應用系統將在首席科學家的主持下，協調衛星和各大系統，在兩年的設計壽命中完成四大任務：星地高速量子密鑰分發實驗、廣域量子通信網絡實驗、星地量子糾纏分發實驗和地星量子隱形傳態實驗。
如果量子科學實驗衛星成功運行，中國將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，并結合地面已有的光纖量子通信網絡，初步構建一個廣域量子通信體系。
不僅如此，中科院半導體研究所研究員牛智川告訴《科學新聞》：“如果量子科學實驗衛星成功運行，對深入理解量子科學并推動應用都具有十分重要的意義。”
他解釋道，在應用方面，探索組建覆蓋面廣闊的量子通信網絡，可以檢驗糾纏光子對的遠距離傳輸特性，檢驗其經過太空和大氣層后，糾纏性質的維持等等；在量子理論方面，則可以檢驗量子理論在大尺度空間的適用性，探索檢驗廣義相對論和量子力學的統一這一終極物理學問題，還可以探索量子引力理論對時空結構的預言等物理學前沿問題。
與此同時，將于今年底建成的“京滬干線”全長2000多公里，將連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡，建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示范平臺，推動量子通信技術在國防、政務、金融等領域的應用，帶動相關產業發展。
在潘建偉看來，如果說“京滬干線”像連接地面每個城市、每個信息傳輸點的“網”，那么量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的“標槍”。當這張縱橫寰宇的量子通信之“網”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。
量子通信在中國的發展一直有著明確的路線：通過量子通信研究，從初步實現局域量子通信網絡，到實現多橫多縱的全球范圍量子通信網絡，以保證信息傳輸的絕對安全；通過量子計算研究，為大規模計算難題提供解決方案，實現大數據時代信息的有效挖掘；通過量子精密測量研究，實現新一代定位導航……■